この記事はISCの新シリーズの一部です。 トランスフォーム21パリ協定からXNUMX年後、持続可能な開発に関する行動にとって極めて重要な年に、知識と行動の状態を探求します。 この作品は最初に出版されました ワシントンポスト/キャピタルウェザーギャング & 気候セントラル.
スピードキル。
そのため、銃から弾丸を発射する方が、手で弾丸を投げるよりも危険です。 スカイダイバーがパラシュートを使用する理由。 道路に制限速度がある理由。 そして、過去の速度と比較して、人間の活動が気候変動をどれだけ早く変化させるかを理解することが重要である理由。 私たちは、地球上の文明と生命が適応できる段階的な変化を引き起こしますか？それとも、追い越すことができない山火事に火をつけますか？
そのため、科学者たちは極寒の南極大陸にトレッキングし、その氷床を深く掘り下げ、氷に圧縮された数千フィートの雪を引き出します。 彼らは各層を注意深く年代測定し、古代の大気の小さな泡を抽出し、惑星のサーモスタットのチューナーである二酸化炭素の濃度を測定します。
このハードワークから、過去XNUMX万年にわたる炭素レベルの鋸歯状パターンを学びました。 それは、今日の気候に少し似た過去の暖かい間隔への上昇中に急速に上昇し、それらの間の長い氷河期にゆっくりと下降しました。 また、主にエネルギーのために化石燃料を燃やすことによって、人間が引き起こした二酸化炭素の最近の急激な増加を見ることができます。 このジャンプを示すために使用されるグラフは、間違いなく気候科学で最も象徴的な図です。
私にとって、それは長い間、気候変動の危険性の最も強力な例証でした。 一目で、それは私たちが通常からどれほど大きな逸脱をしたかを示しています。 それでも、人間の影響を大幅に過小評価する目の錯覚が組み込まれています。
簡単に言えば、プロットの左端と右端の間には多くの時間が費やされており、ほぼXNUMX万年です。 百年と千年が占める小さな幅の違いは、目ではほとんどわかりません。 最近の炭素の急増は明らかに最も高く急勾配ですが、それ以前の多くの増加ほど急ではないように見えます。
しかし、最近の増加は、実際、このレコードの過去のジャンプやまだ発見されているものよりも急です。 急勾配は炭素増加の速度を示すものであり、速度は危険を予見します。 気候変動が速ければ速いほど、私たちが依存している生態系とともに、社会が新しい異常に適応する能力が低下します。
ズームインして図のタイムラインの最近のごく一部だけを見ると、違いがわかり始めます。 南極大陸からの新しいデータにより、過去67,000、XNUMX年間の二酸化炭素の最高解像度の外観が得られました。
その期間内に、地球が約20,000万年前の最終氷河期の最も寒い地点に到達するまで、炭素のゆっくりとした減少を見ることができます。 その後、XNUMX年からXNUMX年（矢印の間の期間）の間、炭素は自然に爆発し、地球を現在の気候の近くまで暖めました。これは農業と文明にとっても親切です。
産業革命以来の人間の活動に関連する右端の急上昇は、明らかにはるかに急です。 問題は、このコントラストを確認するためにズームインする必要があることですが、より広いコンテキストでは、最初の図のようにズームアウトする必要があります。
幸いなことに、非常に長い記録とともに、変化の速度の違いを示す簡単な方法があります。 その方法は、レベルではなく、期間ごとの二酸化炭素の変化に焦点を当てることです。 その結果、この作品の上部にある驚異的なカーボン超高層ビルが明らかになりました。
私の知る限り、歴史的な炭素記録がこのように描かれたのはこれが初めてです。 この視覚化を開発する上での私の希望は、人間の影響がどれほど劇的であったか、そして私たちの状況がどれほど深刻であるかを明確に示すことです。
重要なのは、このコインにも楽観的な側面があるということです。 人間産業のスピードと規模もソリューションに適用でき、今日、私たちは排出量を削減するために迅速に行動する可能性があります。 再生可能エネルギーやその他のクリーンテクノロジーを通じて、そして賢明な政策と行動する意志により、世界の国々は、炭素水門を私たちが開けたよりもはるかに迅速に、数世紀ではなく数十年で閉鎖することができます。
おそらく、必要な正確な年数の二酸化炭素の直接測定値がないため、超高層ビルのプロットはこれまで試されたことがありません。 記録にはギャップがあります。示されている期間全体で、科学者は平均して400年に800回程度、タイムラインの古い部分では2,000年に約XNUMX回直接測定を行っています。 いくつかのギャップはXNUMX、XNUMX年を超えています。 従来のグラフが完全に見える理由は、観測値の間に線が引かれ、本質的にドットを接続しているためです。 しかし、科学的な観点からは、それはギャップを埋めるための最良の方法ではありません。
そのアプローチを改善するために、私の同僚のスコットクルプは、人工知能の一種であるニューラルネットワークを使用して、すぐ下に示すパッチデータから連続曲線を作成し、任意の年の推定を可能にしました。 カーボン超高層ビルは、現在から1,000、XNUMX年ごとに曲線から読み取りを行うことで構築されています。
再構築された曲線は、データによく適合しています。 しかし、1,000、XNUMX年の超高層ビルはまだ私たちの苦境を過小評価しています。
どうして？ 1,000、100年の長さの時間の塊は、ほとんどすべてが前世紀に起こった現代のカーボンジャンプの速度を捉えることができません。 1,000年の超高層ビルのプロットを作成できれば、その外観はさらに厳しくなります。 100、1,000年の超高層ビルによく似ていますが、最後のスパイクを除く期間ごとの平均変化をXNUMXで割ると、さらに大きなコントラストが作成されます。 残念ながら、ほとんどのレコードでのデータのギャップはまだ長すぎて、XNUMX年の解像度での再構築に自信を持てません。 あるいは、それは幸運なことかもしれません。XNUMX、XNUMX年バージョンは十分に気が遠くなるように見えます。
どんな解決策でも明らかなことがXNUMXつあります。劇的に減速して大気汚染を止めることができない限り、人類は急速で不安定な気候変動を伴う墜落コースにあります。 その後、それを逆にする方法を見つけることさえできるかもしれません。
データなしで過去数年間のCO2レベルを推定するための詳細な方法
ClimateCentralの上級計算科学者であるScottKulp、Ph.D。によって開発および実装されました。
過去のCO2濃度の生データについては、800年2月にアクセスされたボルダー古気候学世界データセンターおよびNOAA古気候学プログラムからの南極氷床コア改訂2015KYr CO2020データ（Bereiter etal。8,877）を使用しました。67,257からの期間–現在（2020年）の3、2年前に、米国南極プログラムデータセンターでWAIS Divide Ice Core Marine Isotope Stage 2020 COXNUMXレコード（Brook XNUMX）の最新データを交換しました。
年に基づいてCO2濃度を予測するために、直接記録から欠落している年を埋めるために、現在から800,000万年前までの南極氷床コアサンプルに基づく観測に基づいてトレーニングされた多層パーセプトロン人工ニューラルネットワークを構築しました。 そのような観測は1952年にありますが、それらは均等に分布しておらず、半分以上が100,000BPより前のポイントを表しています。
ニューラルネットワークは、このような高度に非線形な回帰分析に一般的に使用されます。 私たちのニューラルネットワークには、4ノードの入力層（1年を単一の入力と見なす）、それぞれ100ノードと10ノードの1つの隠れ層、および2ノードの出力層（予測されるCO1854濃度）の49つの層が含まれています。 モデルは、MatlabのDeep Learning Toolboxを使用して、Levenberg-Marquardtバックプロパゲーション関数を使用してトレーニングされました。 49個のサンプルがランダムに選択されてトレーニングセットとして使用され、6個が検証セットとして使用され、残りの0.0025個がテストセットとして使用されました。 トレーニングは、検証セットで行われた予測が4.0つの連続したエポックで悪化するまで実行され、トレーニングセットの最終バイアスは0.46、二乗平均平方根誤差は4.19パーツパーミリオン（ppm）、独立テストセットの場合はXNUMX / XNUMXppmでした。 。 トレーニングセットとテストセットの間のこれらの強力で類似したパフォーマンスは、モデルが強く過剰適合しなかったことを示しています。
次に、モデルにクエリを実行して、現在の2、1,000〜800,000、2019年前（1,000年と見な）のCO409レベルの推定値を411、2019年間隔で取得し、現在のレベルとして2ppmを使用しました。 2年の世界平均は2ppmでしたが、南極のCO2レベルは世界平均よりも約1,000 ppm低いため、氷床コアのCOXNUMXレベルが南極に由来することを考慮して調整しました。 最後に、違いを利用して、XNUMX、XNUMX年ごとのCOXNUMXの変化を計算しました。
ベンジャミンシュトラウス
Climate Central、CEO兼チーフサイエンティスト
ベンジャミンシュトラウス博士は、2018年XNUMX月にClimate Centralの社長兼最高経営責任者に選出され、チーフサイエンティストも務めています。 彼は、海面上昇に関する数多くの科学論文やレポートの著者であり、マップ、ツール、および視覚化のSurgingSeasスイートのアーキテクトです。
