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| ミランコヴィッチメニューへ戻る Citations (1,414) References (59) J. Jouzel1,*, V. Masson-Delmotte1, O. Cattani1, G. Dreyfus1, S. Falourd1, G. Hoffmann1, B. Minster1, J. Nouet1, J. M. Barnola2, J. Chappellaz2, H. Fischer3, J. C. Gallet2, S. Johnsen4,5, M. Leuenberger6, L. Loulergue2, D. Luethi6, H. Oerter3, F. Parrenin2, G. Raisbeck7, D. Raynaud2, A. Schilt6, J. Schwander6, E. Selmo8, R. Souchez9, R. Spahni6, B. Stauffer6, J. P. Steffensen2, B. Stenni10, T. F. Stocker6, J. L. Tison9, M. Werner11, E. W. Wolff12 See all authors and affiliations 2CNRS/Université de VersaillesSaint-Quentin en Yvelines, CE Saclay, 91191, Gif-sur-Yvette, France.2CNRS/Université Joseph Fourier, BoîtePostale 96, 38402, Saint Martin d'Hères, France.3Laboratoire de Glaciologie et Géophysique del'Environnement, CNRS/Université Joseph Fourier, BoîtePostale 96, 38402, Saint Martin d'Hères, France.3AlfredWegener Institute of Polar and Marine Research, Columbusstrasse, D27568 Bremeraven, Germany.4Department ofGeophysics, Juliane Maries Vej 30, University of Copenhagen, DK. アルフレッド・ウェゲナー極地海洋研究所（AlfredWegener Institute for Polar and Marine Research, Columbus-strasse, D27568 Bremerhaven, Germany.4コペンハーゲン大学地球物理学科（Juliane Maries Vej 30, University of Copenhagen, DK-2100, Copenhagen, Denmark.5レイキャビク大学科学研究所（Univer-sity of Reykjavik, Dunhaga 3, Reykjavik 107, Iceland.6）。 7Centre de Spectrométrie Nucléaire et deSpectrométrie de Masse/CNR S, Bat 108, 91405, Orsay, France.8Department of Earth Sciences, University of Parma, 43100Parma, Italy.9Deparement des Sciences de la Terre et del'Environnement, Université Libre de Bruxelles, Brussels, Belgium.10. 11Max Planck Institute for Biogeochemistry, 100164, D7701Jena, Germany.12British Antarctic Survey, High Cross, Madingley Road, Cambridge, CB3 0ET, UK. E-mail:jean.jouzel@lsce.ipsl.f 概要と図 欧州南極ドームC氷床コア氷床計画全体に沿った高解像度の重水素プロファイルが利用可能となり、この気候記録を海洋同位体ステージ20.2（約80万年前）まで拡張した。水同位体を含む大気大循環モデルを用いた実験により、その温度解釈を支持した。我々は、このドームCの記録について、Dansgaard-Oeschger現象と平滑化された南極大陸の現象との間の一般的な対応関係を評価したが、その結果、過去の氷河期にも同様の振幅を持つ現象が存在していたことを明らかにした。このことから、氷床コア記録における間氷期の変動強度の説明には、斜度と偏位の相互作用が関係していることが示唆される。 (A) 偏西風のパラメータを縦軸を逆にして表示したもの（黒線）。(B) EDC 温度 [実線、青(低温)から赤(高温)までの虹色]とその斜行成分をガウスフィルタを用いて周波数 0.043 ± 0.015 ky-1 の範囲で抽出したもの [赤の破線、(D)でも赤の実線で表示しているが、スケーリングを変えて表示している]。赤色の矩形は斜度が増加しており, プリセションパラメータが減少している期間を示している. (C) CO2 と CH4 による大気圏上部放射強制力(青の実線)とその斜度成分[青の破線, (D)でもスケールを変えて青の実線で表示]. (D) EDC 温度の斜度(黒の実線), EDC 温度の斜度成分(赤の実線), CO 2 と CH 4 による大気圏上部放射強制力の斜度成分(青の実線). 日射量は Analyseries ソフトウェア(39)を用いて計算した. (A) 偏移パラメータを縦軸を逆にして表示したもの(黒線). (B) EDC温度[実線、青(低温)から赤(高温)までの虹色]とその斜行成分を0.043 ± 0.015 ky-1の周波数範囲でガウスフィルタを用いて抽出したもの[赤の破線、(D)でも別のスケーリングで赤の実線として表示されている]。赤色の矩形は斜度が増加しており, プリセションパラメータが減少している期間を示している. (C) CO2 と CH4 による大気圏上部放射強制力(青の実線)とその斜度成分[青の破線, (D)でもスケールを変えて青の実線で表示]. (D) EDC 温度の斜度(黒の実線), EDC 温度の斜度成分(赤の実線), CO 2 と CH 4 による大気圏上部放射強制力の斜度成分(青の実線). 日射量はAnalyseriesソフトウェア(39)を用いて計算した。 …  図1. EDC3タイムスケールのΔDドームC記録（すべてのデータポイントをライトグレー、平滑化した曲線を黒で表示）と、独自のタイムスケールの底生酸素-18記録（青）との比較（8）。3259.7mのδD記録は、788mまでの公表された結果を含む(38)が、以前に公表された記録が3.85mのサンプルに基づいていたのに対し、精度が向上し(1σは±0.5‰)、コアに沿って55cmというより詳細な分解能が得られている(1)。この2つの時系列は、紀元前800年頃まで遡っても一致していることから、海洋堆積物命名法(MIS)を用いて氷床コアの記録を記述することが正当化されたと考えられます。  図2. ドーム C の温度偏差の時間変化。それ以前の期間（中・下段）のΔTsは0.55mの生データから計算されたもので、700年分の二項フィルタを用いた滑らかな曲線がこの詳細な記録に重畳されている。上の図（より解像度の高い時間軸にプロットされている）では、ノースグリーンランドアイスコアプロジェクトの同位体記録（2,15）に記録されたDOイベントと、最後の氷河期と最後の脱氷期の間のEDC温度記録に記録されたAIMイベントとの対応関係を示している。連続したMISを示し、TIからTIXへの遷移をラベルで示した。  図3. (A) 縦軸を反転させて表示した偏向パラメータ(黒線). (B) EDC 温度 [実線, 青(低温)から赤(高温)までの虹色]とその斜行成分をガウスフィルタで抽出した周波数範囲 0.043 ± 0.015 ky-1 [赤の破線, (D)でも赤の実線で表示されているが, スケールを変えて表示している.] 赤色の矩形は斜度が増加しており, プリセションパラメータが減少している期間を示している. (C) CO2 と CH4 による大気圏上部放射強制力(青の実線)とその斜度成分[青の破線, (D)でもスケールを変えて青の実線で表示]. (D) EDC 温度の斜度(黒の実線)、斜度成分(赤の実線)、CO2 と CH4 による大気圏上部放射強制力の斜度成分(青の実線)。日射量はAnalyseriesソフトウェア(39)を用いて計算した。 はじめに ヨーロッパ南極氷床コアリングプロジェクト（EPICA）は、東南極で2つの深部氷床コアを提供してきたが、そのうちの1つ（EDC）はここで注目するドームC（1）で、もう1つ（EDML）はドローニング・モード・ランド（2）である。ドームCの掘削は、岩盤から約15mの深さ3260mで行われた。この深度では、海洋同位体ステージ(MIS)18.2(1)に相当し、現在よりも前の740,000年前の年代が推定されています。この深さまでのデータとしては、グレイン半径、ダスト濃度、誘電率、電気伝導率などの他のデータや化学データ(3)があり、巻き込んだ空気の解析により温室効果ガスの記録、すなわちCO2,CH4,N2Oの記録が拡張されました。重水素の測定は、表面から3259.7mまでの詳細な分解能で完了しました。この非常に詳細な南極海表面温度の記録は、以下の4つの点で気候解析に光を当てています。(i)MIS20.2（紀元前800km）までの気候記録の信頼性の高い拡張が可能になったこと、(ii)8つの連続した氷期にわたる南極千年変動を解明したこと、(iii)連続した間氷期と氷期の強さを定量的に比較することが可能になったこと、(iv)時間スケールが改善されたことで、南極の気温と軌道強制力との関連をより正確に調べることが可能になったこと、である。 この詳細で連続的なdDicプロファイルを時間の関数として図1に、深さのスケールで図S2とS3に示す。S2とS3に深度スケールで示している。我々の解析では、より精密な時間スケール（SOMtext）を採用している（6,7）。このスケールは、深海コア記録との比較(8)からも示唆されているように、南極のMIS 15.1の対応するものがEDC2(1)では約2倍の時間差でツール化されていたことを明確に示しており、一方でMIS 11.3(1)の持続時間が長いことを確認している。 深海底生酸素-18記録(8)とdDiceDome Cの記録は、紀元前800年頃までの記録(MIS20.2)と非常によく一致しており、拡張されたEPICADome Cの記録は、氷河期のMIS18と間氷期のMIS19を完全に包含していることを示唆している。この意見の相違は3200m以下の記録の初期の部分には当てはまらず、コアの層序が底部60mにわたって乱されているとの強い主張があります（SOMのテキスト）。一方、MIS20.2とMIS19の間に実施されたCO2とCH4の予備測定を含む、利用可能なすべてのデータによって、3200 m以上の記録の層序の連続性が支持されている（SOMテキスト）。また、ヨーロッパセンター/ハンブルグモデル大循環モデルを用いた一連の実験から得られた結果（SOMテキスト）は、従来のアンタルク島内陸部の氷床コア同位体プロファイル（dDord18O）の解釈の妥当性を評価することを可能にした（図S4）。その結果、MIS2の100年平均値から、過去800年の地表温度の変化幅は-10.3℃から、MIS5.5の100年平均値では+4.5℃まで、15℃程度であったことが分かりました（図2）。多少の違いはあるものの、ドームC、ボストーク(10,11)、ドームF(12)の3つの長い東南極の同位体記録は、その共通部分において非常に高いレベルの類似性を示しており、EDCの温度記録は東南極を代表するものであると考えられている。 このことから、MIS19を含む初期間氷期は、過去4回の気候サイクルの中でも特に顕著な温暖化が見られなかったことが確認された（1）。記録の後半の暖かい間氷期（MIS5.5、7.5、9.3、1.1.3）のピーク温度は、過去の千年紀よりも2度から4.5度高かったのに対し、MIS13、15.1、15.5、17では最大温度が1度から1.5度低く、7.1や7.3などの間氷期の典型的なレベルに達していた。MIS19 は、Tv(~ -0.5℃)以前の期間で最も暖かい気温を示す。MIS 11からMIS 17では、MIS 15.1を除いて、暖かさのピークは暖冬期の終わりに発生しており、より最近の間氷期では暖かさのピークが早かったのとは対照的である（図2）。ガス指標に基づく同期化は、大型のDOイベントが南極に対応するものであることを明確に示しており(16, 17)、短いイベントもまた、ボストークコアとドームCコアの両方からそのような対応を持つことを示唆していた(18-20)。 最近の高分解能EDMLの同位体プロファイルは、これらすべての南極同位体マキシマム（AIM）とDOイベント（2）の間に一対一の対応関係があることを明確に明らかにしました（図2、図S5）。ドームCでは、より大きなイベントの典型的な振幅は〜2℃であり、対応するグリーンランドのDO温暖化よりもはるかに低く、8℃よりも大きく、16℃にもなることが多い(21, 22)。 また、ドームCisがインド太平洋に面しているのに対し、EDMLは大西洋に位置しているという事実にもかかわらず、2つのEPICAサイト(図S5)のうちの1つではAIMイベントがより顕著であるが、これらのサイトは同程度の大きさの年間変動を記録している(SOM文中)。このような気候シグナルの南極周辺への分布には、大気循環や効率的な循環大洋流が寄与している可能性がある。このようにEDCとEDMLの記録を詳細に比較することで、大西洋の経度オーバーランニング循環の急激な停止や開始が、南氷洋や南極地域の緩やかな温暖化や冷え込みをもたらすとする熱双極海仮説(23)を支持することができる。 我々の記録は、過去３回の氷河期における千年紀の気候変動の大きさとペースの両方の点で、非常に類似していることを示している（図S5）。我々の時間分解能が低いため、初期の氷床では小さなAIMを明確に検出することはできないが、大規模なAIMの振幅は、おそらく大規模なDOイベントによるものと考えられるが、第5期末以前の北半球の氷床の広がりの小ささには大きく影響されていないようである。特に、MIS18の海洋記録(8)ではまだ確認されていない、3つのウェルマークの振動を伴う、紀元前740～800kmのコアの拡張（図2、図S5）により、非常に特徴的な連続性が示されている。最後に、私たちの記録では、氷期の間に南極の気温が少なくとも全新世後期の気温より４℃低下すると、AIM現象が出現することを示している（図２）。 EDC dD記録のこの重要な特徴は、我々の800kmの詳細温度記録と改良されたEDC3のタイムスケールによって完全に裏付けられている（図3）。周期性は~100kyの周期性に支配されていますが、DTのパワースペクトル(図S6)は強い斜行成分を示し、少なくとも0〜400kyの範囲では、前駆運動の影響があることを示しています。斜度成分と100-ky成分の相対的な強さは、過去から現在に向かうにつれて増加しており、これは120万年の変調(26)により、過去800kyの間に斜度の変化の振幅が増大していることと一致しています。特に 40-ky 帯の成分が強く、800-ky 帯の温度範囲全体の 3 分の 1（4.3℃）を占めている（図 3）。また、斜線域の夏の日射量 65°N との強い一致性（0.97）と、斜線への回帰との間の実質的な 5km 遅れ（図 S7）も注目すべき点である。 このことは、斜度の高緯度効果が熱帯に向かうメカニズムには、熱帯からの熱輸出の変化が関与している可能性を示唆している。CO2とCH4の両方の変化を考慮して計算された放射強制力(30)の斜度成分は、過去650kmの間に振幅が小さい(~0.5W/m2, 図3)だけでなく、南極と熱帯の温度変化にも遅れをとっているように見える。また、低緯度から高緯度の間で反相状態にあることを考えると、このような同相温度の挙動は局所的なインソレーションでは説明できない。これが温室効果によるものだとするよりも、我々は、大気循環や中間海洋水域を含む急速なプロセスを経て、高緯度の斜度シグナルが熱帯に移動した結果であることを示唆している。しかし、放射性温室効果ガス強制の大きさは、100-ky帯では非常に重要である（〜2.5W/m2と、人為的活動による追加の温室効果ガス強制に比べて）。 このことは、炭素循環のフィードバックが氷河期の大きさと持続時間に関与していることを示唆しており(33)、南極の温度記録の全球的な特徴を示している。この周波数帯における重要な問題の一つは、終端を駆動する様々な軌道パラメータの相対的な役割である。一部の研究者は、終端は斜交度の倍数（34, 35）や偏交周期（36）で発生すると指摘しているが、これには日射量が含まれる。その中には、総エネルギー入力としきい値効果を考慮した上で、偏光と偏光の相互作用を求める日射カノン仮説(37)も含まれている。我々の現在の年齢スケールでは、日射カノン仮説は TI から TIV には有効であるが、それより前の終着点では有効ではない。この変化は、斜度と偏西風の相互作用によるものであることを示唆している（図3）。北緯65度夏分の日射量(または逆行列パラメータ)と斜度の変化が位相のピーク(5ky以内)に達すると、それらの効果が合わさって強い間氷期が発生する(MIS 1, 5, 9, 11, 19)。これらが反相にある場合、補償効果が弱い間氷期強度を引き起こす(MIS 13, 15, 17, 7.3)。この分析では、氷期-間氷期遷移のタイミングにおける前置性と斜度（平均年間高緯度日射量）の両方の影響を考慮した。最も頑健な結果は、累積暖かさと累積高緯度日射量を比較したときに得られた(平均値以上で、5kmの位相差を考慮に入れた)。日射量の変化が小さい場合には両者の間に明確な関係はないが、累積日射量が～1700GJ/m2より大きい場合には直線的な関係が得られる(図S8)。このことから、EDC温度記録で観測された振幅の変化と斜度の振幅の変調との間には、原因的な関係があることが示唆される。 我々の新しい高解像度南極気候記録は、過去80万年の間の系統的な長期的な変化だけでなく、千年単位の変化を解決することができる。前者は斜度サイクルによって誘導された局所的な日射量の変化によって制御されているのに対し、後者は熱的双極シーソーによる北大西洋深層水形成の変化によって誘導されている。このことは、最晩期の氷河期に明らかに示されているが、それ以前の氷河期にも示唆されている。全体として、我々の南極温帯記録は、これらの極域が気候システムの他の部分に由来する変動を単純に記録しているというよりも、軌道上および千年単位の時間スケールでの気候変動のダイナミクスにおいて、高緯度南半球が積極的な役割を果たしていることを示唆している。この気候記録は、ドームCコアで測定されている、あるいは近い将来に測定されるであろう、氷（ダストや化合物の元素・同位体比）と気相（温室効果ガス、その他の大気中化合物、およびそれらの同位体シグネチャの記録）の多くの特性を利用するための基準となるでしょう。 中・複雑性気候モデルは、実際に、極端な斜度の設定に対応して高緯度の年平均気温のシグネチャを捕捉しているが、それはここで観測されたものの半分程度である(27)。dDと斜度の間の強い線形関係に関しては、その関係は局所的な日射量の変化であり、75°Sでは8%から14W/m2まで変化する(28)。このような高緯度の日射量の変化は、大気中の熱と水分の輸送（高緯度での水蒸気と海氷のフィードバックを含む）の変化と関連した変化によって増幅される可能性がある。その結果、海洋表層水の密度が変化し、海洋の熱海循環が変化する可能性があり、そのような過程は数千年単位の恒数を持つ海洋深部の熱貯蔵を伴う。特筆すべきは、熱帯太平洋と南極大陸の気温記録のobliquity成分は、年齢スケールの不確実性の範囲内で位相(29)を持っていることである。このように、これらは高緯度の平均年間日射量とは位相が合っているが、熱帯の平均年間日射量の斜度成分とは位相がずれている。 References and Notes1. 1. EPICA Community members, Nature 429, 623 (2004). 2. EPICA Community members, Nature 444, 195 (2006). 3. E. W. Wolff et al., Nature 440, 491 (2006). 4. U. Siegenthaler et al., Science 310, 1313 (2005). 5. R. Spahni et al., Science 310, 1317 (2005). 6. F. Parrenin et al., Clim. Past 3, 243 (2007). 7. G. Dreyfus et al., Clim. Past 3, 341 (2007). 8. L. Lisiecki, M. E. Raymo, Paleoceanography 20, PA1003(2005). 9. G. Hoffmann, M. Werner, M. Heimann, J. Geophys. Res.103, 16871 (1998). 10. J. R. Petit et al., Nature 399, 429 (1999). 11. D. Raynaud et al., Nature 436, 39 (2005). 12. O. Watanabe et al., Nature 422, 509 (2003). 13. W. Dansgaard et al., Nature 364, 218 (1993). 14. P. M. Grootes, M. Stuiver, J. W. C. White, S. J. Johnsen,J. Jouzel, Nature 366, 552 (1993).Fig. 3. (A) Precession parameter displayed on an inversed vertical axis (black line). (B)EDCtemperature[solid line, rainbow colors from blue (cold temperatures) to red (warm temperatures)] and its obliquitycomponent extracted using a Gaussian filter within the frequency range 0.043 ± 0.0 15 ky–1[dashed redline, also displayed in (D) as a solid red line on a different scaling]. Red rectangles indicate periods duringwhich obliquity is increasing and precession parameter is decreasing. (C) Combined top-of-atmosphereradiative forcing due to CO2and CH4(solid blue) and its obliquity component [dashed blue, also displayedin (D) as a solid blue line on a different scaling]. (D) Obliquity (solid black line), obliquity component ofEDC temperature (red line), and obliquity component of the top-of-atmosphere radiative forcing due toCO2and CH4(blue). Insolations were calculated using the Analyseries software (39).www.sciencemag.org SCIENCE VOL 317 10 AUGUST 2007795REPORTS on August 13, 2007 www.sciencemag.orgDownloaded from 5. North Greenland Ice-core project (NorthGRIP), Nature431, 147 (2004). 16. T. Blunier, E. J. Brook, Science 291, 109 (2001). 17. N. Caillon et al., Geophys. Res. Lett. 30, 1899 (2003). 18. F. Yiou et al., J. Geophys. Res. 102, 26783 (1997). 19. M. Bender, B. Malaizé, J. Orchado, T. Sowers, J. Jouzel,in Geophys. Monogr. Am. Geophys. Union 112, P. U. Clark,R. S. Webb, L. D. Keigwin, Eds. (American GeophysicalUnion, Washington, DC, 1999), pp. 149–164. 20. B. Stenni et al., Earth Planet. Sci. Lett. 217, 183 (2004) .21. A. Landais, J. Jouzel, V. Masson-Delmotte, N. Caillon,CRAS 377, 947 (2005). 22. C. Huber et al., Earth Planet. Sci. Lett. 243, 504 (2006). 23. T. Stocker, S. J. Johnsen, Paleoceanography 18, 1087(2003). 24. M. Delmotte et al., J. Geophys. Res. 109, D12104 (2004). 25. J. F. McManus, D. W. Oppo, J. L. Cullen, Science 283, 971(1999). 26. H. Palike, N. J. Shackleton, U. Rohl, Earth Planet. Sci.Lett. 193, 589 (2001). 27. V. Masson-Delmotte, Clim. Past 2, 145 (2006). 28. A. L. Berger, J. Atmos. Sci. 35, 2362 (1978). 29. M. Medina-Elizalde, D. Lea, Science 310, 1009 (2005). 30. The radiative forcing is calculated using themathematical formulation described in F. Joos,PAGES News, 13, 11 (2005). 31. X. J. Yuan, D. G. Martinson, J. Clim. 13, 1697 (2000). 32. S. Y. Lee, C. Poulsen, Earth Planet. Sci. Lett. 248, 253(2006). 33. F. Parrenin, D. Paillard, Earth Planet. Sci. Lett. 214, 243(2003). 34. P. Huybers, C. Wunsch, Nature 434, 491 (2005) .35. P. Huybers, Science 313, 508 (2006). 36. M. E. Raymo, L. E. Lisiecki, K. H. Nisancioglu, Science313, 492 (2006). 37. K. G. Schulz, R. E. Zeebe, Earth Planet. Sci. Lett. 249,326 (2006). 38. J. Jouzel et al., Geophys. Res. Lett. 28, 3199 (2001). 39. D. Paillard, L. Labeyrie, P. Yiou, Eos Trans. AGU 77, 379(1996). 40. This work is a contribution to EPICA, a joint EuropeanScience Foundation/European Commission (EU) scientificprogram, funded by the EU and by nation al contributionsfrom Belgium, Denmark, France, Germany, Italy, TheNetherlands, Norway, Sweden, Switzerland, and theUK. This is EPICA publication number 181. This work hasin particular benefited from the support of EPICA-MIS ofthe European 6th framework and Agence Nationale de laRecherche (ANR), Integration des ConstraintesPaléoclimatiques pour Réduire les Incertitudes surl’Evolution du Clìmat pendant les Périodes Chaudes(PICC). The main logistic support was provided byInstitut Polaire Français Paul-Emile Victor andProgramma Nazionale Ricerche in Antartide (at Dome C)and Alfred Wegener Institute (at Dronning Maud Land).We thank the Dome C logistics teams (led by lateM. Zucchelli and G. Jugie) and the drilling team thatmade the science possible. This work has benefited fromdiscussions with H. Pälike.Supporting Online Materialwww.sciencemag.org/cgi/content/full/11 本研究は、欧州連合（EU）とベルギー、デンマーク、フランス、ドイツ、イタリア、オランダ、ノルウェー、スウェーデン、スイス、英国からの国別貢献により資金提供されている欧州科学財団/欧州委員会（EU）の共同科学プログラムであるEPICAへの貢献である。これはEPICA出版物181号である。本研究は、特に欧州第6次枠組みのEPICA-MISおよび国立研究機関(ANR)、Integration des ConstraintesPaléoclimatiques pour Réduire les Incertitudes surl'Evolution du Clìmat pendant les Périodes Chaudes(PICC)の支援の恩恵を受けた。我々は、ドームCのロジスティックスチーム（lateM. ZucchelliとG. Jugieが率いる）と科学を可能にした掘削チームに感謝しています。この作品は、H. Pälike.Supporting Online Materialwww.sciencemag.org/cgi/content/full/11 との議論から利益を得ています。 以下は関連参照 41 038/DC1SOM TextFigs. S1 to S8References8 February 2007; accepted 11 June 2007Published online 5 July 2007;10.1126/science.1141038Include this information when citing this paper.Improved Surface TemperaturePrediction for the Coming Decadefrom a Global Climate ModelDoug M. Smith,* Stephen Cusack, Andrew W. Colman, Chris K. Folland,Glen R. Harris, James M. MurphyPrevious climate model projections of climate change accounted for external forcing from naturaland anthropogenic sources but did not attempt to predict internally generated natural variability.We present a new modeling system that predicts both internal variability and externally forced changesand hence forecasts surface temperature with substantially improved skill throughout a decade,both globally and in many regions. Our system predicts that internal variability will partially offset theanthropogenic global warming signal for the next few years. However, climate will continue to warm,with at least half of the years after 2009 predicted to exceed the warmest year currently on record.It is very likely that the climate will warmover the coming century in response tochanges in radiative forcing arising from an-thropogenic emissions of greenhouse gases andaerosols (1). There is, however, particular in-terest in the coming decade, which represents akey planning horizon for infrastructure upgrades,insurance, energy policy , and business develop-ment. On this time scale, climate could be dom-inated by internal variability (2) arising fromunforced natural changes in the climate systemsuch as El Niño, fluctuations in the thermo-haline circulation, and anomalies of ocean heatcontent. This could lead to short-term changes,especially regionally , that are quite different fromthe mean warming (3–5) expected over the nextcentury in response to anthropogenic forcing.Idealized studies (6–12) show that some aspectsof internal variability could be predictable severalyears in advance, but actual predictive skill as-sessed against real observations has not previ-ously been reported beyond a few seasons (13).Global climate models have been used to makepredictions of climate change on decadal (14, 15)or longer time scales (4, 5, 16), but these onlyaccounted for projections of external forcing,neglecting initial condition information neededto predict internal variability. We examined thepotential skill of decadal predictions using thenewly developed Decadal Climate PredictionSystem (DePreSys), based on the Hadley CentreCoupledModel,version3(HadCM3)(17), a dy-namical global climate model (GCM). DePreSys(18) takes into accoun t the observed state ofthe atmosphere and ocean in order to predictinternal variability, together with plausiblechanges in anthropogenic sources of greenhousegases and aerosol concentrations (19) andprojected changes in solar irradiance and vol-canic aerosol (20).We assessed the accuracy of DePreSys in aset of 10-year hindcasts (21), starting from thefirst of March, June, September, and Decemberfrom 1982 to 2001 (22) inclusive (80 start datesin total, although those that project into the fu-ture cannot be assessed at all lead times). Wealso assessed the impact of initial condition in-formation by comparing DePreSys against anadditional hindcast set (hereafter referred to asNoAssim), which is identical to DePreSys butdoes not assimilate the observed state of theatmosphere or ocean. この論文を引用する際には、この情報を含めてください。Smith,* Stephen Cusack, Andrew W. Colman, Chris K. Folland, Glen R. Harris, James M. Murphyこれまでの気候モデルによる気候変動予測では、自然源と人為的源からの外部からの強制力は説明されていたが、内部で発生した自然変動を予測しようとはしていなかった。このシステムでは、今後数年間は、内部変動が人為的な地球温暖化シグナルを部分的に相殺すると予測している。しかし、2009年以降の少なくとも半分の年は、現在記録されている最も温暖な年を超えると予測されており、気候は引き続き温暖化すると考えられています(1)。しかし、インフラの改善、保険、エネルギー政策、ビジネス開発のための重要な計画の地平線である今後10年間には、特に顕著な変化がある。この時間スケールでは、気候は、エルニーニョのような気候システムの強制的な自然変化、熱塩循環の変動、海洋の熱量の異常などから生じる内部変動(2)に支配される可能性がある。理想化された研究(6-12)では、内部変動のいくつかの側面が数年前に予測可能であることが示されているが、実際の観測値と比較した実際の予測能力は、数シーズンを超えては報告されていない(13)。 全球気候モデルは、10年単位(14,15)またはそれ以上の時間スケール(4,5,16)での気候変動の予測に用いられてきたが、これらのモデルは外部強制力の予測のみを考慮しており、内部変動の予測に必要な初期状態の情報を無視していた。我々は、Hadley CentreCoupledModel,version3(HadCM3)(17)に基づいて新たに開発されたDecadal Climate PredictionSystem(DePreSys)を用いて、10年ごとの気候予測の可能性を検討した。DePreSys(18)は、大気と海洋の観測状態を考慮して、温室効果ガスやエアロゾル濃度の人為的な変化(19)や、太陽放射照度や火山性エアロゾルの変化(20)を予測し、内部変動を予測している。 我々は、1982年から2001年までの3月1日、6月1日、9月1日、12月1日から始まる10年間のハインドキャスト(21)のセット(22)について、DePreSysの精度を評価した(全80回の開始日を含むが、全回の開始日を評価することはできない)。また、DePreSysと同じだが、観測された大気や海洋の状態を同化していない追加の後続観測セット（以下、NoAssim）と比較することで、初期状態のインフォーメーションの影響を評価した。 Each NoAssim hindcastconsists of four ensemble members, with initialconditions at the same 80 start dates as theDePreSys hindcasts taken from four independenttransient integrations (3)ofHadCM3,whichcovered the period from 1860 to 2001 (18). TheNoAssim hindcasts sampled a range of initialstates of the atmosphere and ocean that wereconsistent with the internal variability of HadCM3but were independent of the observed state. Incontrast, the DePreSys hindcasts were initializedby assimilating atmosphere and ocean observa-tions into one of the transient integrations (18).In order to sample the effects of error growtharising from imperfect knowledge of the ob-served state, four DePreSys ensemble memberswere initialized from consecutive days pre-ceding and including each hindcast start date(23). Fig. S1 summarizes our experimentalprocedure.We measured the skill of the hindcasts interms of the root mean square error (RMSE) (24)of the ensemble average and tested for differ-ences over our hindcast period between DePreSysand NoAssim that were unlikely to be accountedfor by uncertainties arising from a finite ensem-ble size and a finite number of validation points(18). We found that global anomalies (25)ofannual mean surface temperature (Ts)werepre-dicted with significantly more skill by DePreSysthan by NoAssim throughout the range of thehindcasts (compare the solid red curve with theblue shading in Fig. 1A). A v eraged over allforecast lead times, the RMSE of global annualmean Tsis 0.132°C for NoAssim as comparedwith 0.105°C for DePreSys, representing a 20%reduction in RMSE and a 36% reduction inerror variance (E). Furthermore, the improve-ment was even greater for multiannual means:For 5-year means, the RMSE was reduced by38% (a 61% reduction in E), from 0.106°C toMet office Hadley Centre, FitzRoy Road, Exeter, Ex1 3PB, UK.*To whom correspondence should be addressed. E-mail:doug.smith@metoffice.gov.uk10 AUGUST 2007 VOL 317 SCIENCE www.sciencemag.org796REPORTS on August 13, 2007 www.sciencemag.orgDownloaded from 各 NoAssim ハインドキャストは 4 人のアンサンブルメンバーで構成されており、初期状態は、1860 年から 2001 年までの期間をカバーするHadCM3 の 4 つの独立した非定常積分(3)から取得したDePreSys ハインドキャストと同じ 80 日間の開始日である(18)。NoAssimのハインドキャストは、HadCM3の内部変動と一致しているが、観測された状態とは独立した大気・海洋の初期状態をサンプリングしている。一方、DePreSysのヒンドキャストは、大気と海洋の観測結果を過渡積分の一つに同化して初期化した(18)。我々は、アンサンブル平均の二乗平均誤差(RMSE)(24)の中間値のヒンドキャストの熟練度を測定し、DePreSysとNoAssimのヒンドキャスト期間中の差が、有限のアンサンブルサイズと有限の検証ポイント数に起因する不確実性によって説明される可能性が低いかどうかを検証した(18)。その結果、DePreSystとNoAssimの間では、全球平均気温の異常値(25)を予測した場合、予測された範囲において、DePreSystの方がNoAssimよりも有意に高い精度で予測されていることがわかった（図1Aの赤の実線と青の網掛けを比較してください）。全予測リードタイムにわたって、全世界の年間平均気温のRMSEは、DePreSysの0.105℃に対してNoAssimでは0.132℃となり、RMSEが20％減少し、誤差分散（E）が36％減少したことになる。さらに、複数年平均での改善はさらに大きく、5年平均では、RMSEは0.106℃から38％減少（Eは61％減少）しました。E-mail:doug.smith@metoffice.gov.uk10 AUGUST 2007 VOL 317 SCIENCE www.sciencemag.org796REPORTS 2007 年 8 月 13 日 www.sciencemag.orgDownloaded より。 Citations (1,414) References (59) ... The EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) ice core drilled at Dome C (hereafter EDC) on the central East Antarctic Plateau (EAP) (75°06′S, 123°21′E, altitude 3,233 m above sea level) has provided unique archives of past climate changes over the last successive eight glacial-interglacial cycles back to Marine Isotope Stage (MIS) 20.2, ~ 800 kyr before present (B.P.) 1,2 . These eight climate cycles are characterized by a larger amplitude of climate variability with warmer interglacials after the Mid-Brunhes Event (MBE), ~ 430 kyr ago, compared to the earlier smaller climate changes with relatively cooler interglacials 2,3 . ... ... The EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) ice core drilled at Dome C (hereafter EDC) on the central East Antarctic Plateau (EAP) (75°06′S, 123°21′E, altitude 3,233 m above sea level) has provided unique archives of past climate changes over the last successive eight glacial-interglacial cycles back to Marine Isotope Stage (MIS) 20.2, ~ 800 kyr before present (B.P.) 1,2 . These eight climate cycles are characterized by a larger amplitude of climate variability with warmer interglacials after the Mid-Brunhes Event (MBE), ~ 430 kyr ago, compared to the earlier smaller climate changes with relatively cooler interglacials 2,3 . Together with the Antarctic temperature record, dust records from deep Antarctic ice cores are of particular interest as indicators of the sensitivity of atmospheric and surface conditions in lower latitude dust source regions to glacial-interglacial climate change, affecting the dust cycle at high latitudes 4,5 . ... Lead Isotopic Constraints on the Provenance of Antarctic Dust and Relevant Atmospheric Circulation Patterns Prior to the Mid-Brunhes Event (~430 Kyr Ago) Preprint EPICA(European Project for Ice Coring in Antarctica)は、東南極中央高原(EAP)のドームC(以下EDC)で掘削された氷床コア(75°06′S, 123°21′E, 標高3,233m)は、海洋同位体ステージ(MIS)20.2、現在(B.P.)1,2の～800 kyr前までの過去の連続する8つの氷期-間氷期サイクルにわたる過去の気候変動のユニークなアーカイブを提供してきた。これらの８つの気候サイクルは、比較的冷涼な間氷期を持つ以前の小さな気候変動に比べて、中間ブルンヘス事象(MBE)以降のより暖かい間氷期を持つ気候変動の振幅が大きいことを特徴としている2,3 ...<BR> ... ... EPICA(European Project for Ice Coring in Antarctica)は、中央東南極高原(EAP)のドームC(以下EDC)で掘削された氷床コア(75°06′S, 123°21′E, 標高3,233m)は、海洋同位体ステージ(MIS)20.2、現在(B.P.)1,2の～800 kyr前までの過去の連続した8つの氷期-間氷期サイクルにわたる過去の気候変動のユニークなアーカイブを提供してきた。これらの8つの気候サイクルは、比較的冷涼な間氷期を伴う以前の小さな気候変動と比較して、中間ブランヘス事象（MBE）以降のより暖かい間氷期を伴う気候変動の振幅が大きいことが特徴である2,3 。南極の温度記録とともに、南極深部の氷床コアからのダスト記録は、高緯度のダストサイクルに影響を与え、氷河-間氷期気候変動に対する低緯度ダスト源域の大気・地表条件の感度を示す指標として、特に興味深いものである4,5 ...<BR> ... 南極塵の起源と中間ブルンヘ現象以前の大気循環パターンに関する鉛同位体組成の制約（〜430年前） |