Transferring climate change knowledge

要約

気候の適応と緩和には、正確な気候予測が必要です。
気候変動を予測するために使用される地球システム モデルのシミュレーションは、本質的に、温室効果ガス濃度の増加に対する地球の平均気温の反応における不確実性の根本にある、雲などの小規模な物理プロセスの表現において近似を行っています。
過去の観測結果を利用して将来の予測を抑制し、気候予測や気候フィードバックの不確実性を軽減するためのいくつかのアプローチが開発されています。
しかし、これらの方法では、気候システムに固有の非線形の複雑さを捉えることはできません。
転移学習アプローチを使用して、機械学習、特にディープ ニューラル ネットワークを使用して、地球システム モデルのシミュレーションと歴史的観測から得られた知識を最適に活用および統合して、21 世紀の地球の表面温度場をより正確に予測できることを示します。
共有社会経済経路 (SSP) 2-4.5、3-7.0、および 5-8.5 については、2081 年から 2098 年までの地球の平均気温の地域推定値と全世界の予測 (1850 年から 1900 年の期間を基準にして) を 2.73{
それぞれ \deg}C (2.44-3.11{\deg}C)、3.92{\deg}C (3.5-4.47{\deg}C)、4.53{\deg}C (3.69-5.5{\deg}C)
、制約のない 2.7{\deg}C (1.65-3.8{\deg}C)、3.71{\deg}C (2.56-4.97{\deg}C)、および 4.47{\deg}C (2.95-6.02{
\度}℃）。
私たちの調査結果によると、パリ協定の基準値 1.5 ℃は、SSP2-4.5 では 2031 年（2028 ～ 2034 年）に、SSP3-7.0 では 2029 年（2027 ～ 2031 年）に、そして 2028 年（2025 ～ 2031 年）に超えることが示されています。
) SSP5-8.5の場合。
同様に、2{\deg}C のしきい値は、それぞれ 2051 年 (2045 ～ 2059 年)、2044 年 (2040 ～ 2047 年)、2042 年 (2038 ～ 2047 年) に超えられます。
私たちの新しい手法は、気候適応に緊急に必要とされる、より正確な気候予測を提供します。

要約(オリジナル)

Accurate climate projections are required for climate adaptation and mitigation. Earth system model simulations, used to project climate change, inherently make approximations in their representation of small-scale physical processes, such as clouds, that are at the root of the uncertainties in global mean temperature’s response to increased greenhouse gas concentrations. Several approaches have been developed to use historical observations to constrain future projections and reduce uncertainties in climate projections and climate feedbacks. Yet those methods cannot capture the non-linear complexity inherent in the climate system. Using a Transfer Learning approach, we show that Machine Learning, in particular Deep Neural Networks, can be used to optimally leverage and merge the knowledge gained from Earth system model simulations and historical observations to more accurately project global surface temperature fields in the 21st century. For the Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) 2-4.5, 3-7.0 and 5-8.5, we refine regional estimates and the global projection of the average global temperature in 2081-2098 (with respect to the period 1850-1900) to 2.73{\deg}C (2.44-3.11{\deg}C), 3.92{\deg}C (3.5-4.47{\deg}C) and 4.53{\deg}C (3.69-5.5{\deg}C), respectively, compared to the unconstrained 2.7{\deg}C (1.65-3.8{\deg}C), 3.71{\deg}C (2.56-4.97{\deg}C) and 4.47{\deg}C (2.95-6.02{\deg}C). Our findings show that the 1.5{\deg}C threshold of the Paris’ agreement will be crossed in 2031 (2028-2034) for SSP2-4.5, in 2029 (2027-2031) for SSP3-7.0 and in 2028 (2025-2031) for SSP5-8.5. Similarly, the 2{\deg}C threshold will be exceeded in 2051 (2045-2059), 2044 (2040-2047) and 2042 (2038-2047) respectively. Our new method provides more accurate climate projections urgently required for climate adaptation.

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