地球过去2千年的气温记录

地球过去2千年的气温记录（temperature record of the last 2,000 years）由两个部分组成 - 过去170年，由现代仪器测量地表温度而得的地表温度，而其余的则是经由气候代理取得的资料。经科学家大规模重建，涵盖过去第一个千年和第二个千年其中部分或是全部时间，显示出近来的地表气温呈现异常：联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2007年发表的第四次评估报告，其结论是：“北半球在20世纪下半叶的平均温度很可能（very likely）是比过去500年中的任何50年期间，同时至少在过去1,300年中，可能（likely）是最高的水平。”由于地表气温在上个世纪的后半内急剧上升，在重建图中显示的曲线图被广泛称为曲棍球棒形状图。截至2010年，有超过20个采用多种统计方法和气候代理记录，所得结果均支持这种概括式模式（参见为地球过去2千年气温做大规模重建列表），但对20世纪之前“轴线”的平缓度则各有变现。由于代理记录的稀疏性，导致为早期气温重建会有相当大的不确定性。

把时间重叠的个别代理记录（例如树木气候学所使用的树木年轮的宽度和密度）透过仪器记录进行校准。然后使用广泛的此类记录以重建一区域的过往温度：使用树木年轮代理重建北半球温带地区温度（热带地区的树木终年均在生长，树干内并不会形成深浅分明的环形），且仅限于陆地区域，而南半球主要是由海洋组成，代理资料稀少。由各式其他代理资料（包含在不同地区发现的湖泊沉积物、冰芯和珊瑚等），经使用统计方法将此类较稀疏的代理与较多的树木年轮记录建立关联，所构成的重建资料可涵盖更广大的区域。被称为“复合叠加尺度（Composite Plus Scaling）”（CPS）的方法被广泛用于地球半球或全球的大规模平均温度复合代理重建，再由气候场域重建 (Climate Field Reconstruction (CFR) ) 法作补充，CFR法可显示气候模式如何在大空间区域发展，让重建的结果可用于研究自然变率和长期振荡，以及与电脑气候模型产生的模式间进行比较。

在20世纪之前的1,900年之中，很可能有个比现代较次温暖的时期，发在950年到1100年之间（在不同地区测得的峰值时间不同）。此段时间被称为中世纪温暖时期，一些证据显示在17世纪左右普遍存在较冷的气温，这段时间被称为小冰期。在对“曲棍球棒式升温的争议”中，气候变化否定论者断言中世纪温暖时期比现在更温暖，并对气候重建采用的数据和方法提出质疑。

## 过去2千年的气温变化

根据IPCC第六次评估报告，人类在过去的170年里造成的全球气温升至近2,000年来的最高水平。最近的多个世纪是过去10万年来地球气温最高的时期。2011-2020年之间的平均气温比1859-1890年之间高出1.09°C。陆地上的气温上升1.59°C，而海洋上的仅上升0.88°C。

## 一般采用的技术及其准确性

迄今，受到最好的观察时期是从1850年起直到现在，覆盖范围则随着时间演进而增加。在此期间，主要经由近代仪器（温度计）测量取得的温度记录，覆盖范围几乎包含全球。记录显示全球气温普遍升高。

取得在此之前的气温则须依靠各种代理资料。这些代理不如直接利用温度计测量般准确，时间分辨率较低，空间覆盖范围较小，其唯一的优势是可把更长的记录重建。由于直接温度记录比透过代理资料（这些资料还需要校准）更为准确，因此只要有，就会尽量采用（即从1850年开始）。

### 使用代理资料的定量研究

由于1850年之前的仪器记录很少，必须通过代理资料将之前的气温重建。方法之一是利用树木气候学原理，把树木年轮的宽度和其他特征来推断当时的气温。保存在冰芯、珊瑚和锺乳石的同位素组成也可用于推断。另外的方法包括有检查作物收获时间记录、不同地点的林木线以及历史记录。这些代理资料重建是种间接推断，通常比仪器数据具有更大的不确定性。

大多数发生在重叠期间的代理记录可用来对当地温度记录进行校准（推估温度与代理之间的关系）。然后使用较长历史的代理记录来重建早期的气温趋势。

如果需要估算全球或是半球的温度记录，则必须把多项代理记录以某种方式进行平均。“复合叠加尺度”(CPS) 法被广泛用于对半球或全球平均温度的大规模多代理重建。再利用气候场域重建 (CFR) 方法作补充，以显示气候模式如何在大型空间区域内发展。

在进行平均的过程时，必须采取非常谨慎的态度，例如当某个地区有大量年轮记录，如把所有数据进行简单平均，就会过分依赖这个权重，而可采统计技术来避免这种高度权重的问题。在研究人员Mann、Bradley & Hughes（1998年，MBH98）和同组人员（1999年,MBH99）的气候场域重建 （CFR）中，先用主成分分析法把其中一些区域记录合并，之后再进行全球资料合并。一个重要的区别是所谓的“多代理”式重建，通过使用分布在全球的多个代理记录，以及更多区域重建，合并之后以重建全球的气温模式。通常各种代理记录会以某种加权平均的形式进行数学组合。研究人员Osborn与Briffa采用一更简单的技术，计算在任何时间段内其正面、负面或中性的记录比例。此法可产生与传统的多代理式研究法通常会具有一致的结果。

IPCC第四次评估报告引用14项重建，其中10项涵盖1,000年或是更长时间，以支持报告结论，即“20世纪下半叶的北半球平均气温很可能（very likely）高于在过去500年中任何50年期间的气温，并且可能（likely）是至少过去1,300年中最高的。”

### 利用历史记录进行定性重建

另外还有使用历史数据，例如葡萄采收时间、港口无海冰期，以及日记中的霜冻或热浪的记录，而得到特定地区发生温暖或寒冷迹象的时间。这些记录更难校准，通常只能以稀疏方式随着时间，且是在较发达的地区获得，这些资料不太可能可提供良好的误差估计。这些对同一时期中的历史观察，可显示变暖和变冷出现的时间。

### 限制

定量和定性方法所得结果间的明显差异无法完全被调和。而上面提到的重建系依赖各种假设来产生结果。但如果假设不成立，重建就变得不可靠。对于定量重建，最基本的假设是代理记录会随温度变化，且无非气温因素把结果混淆。在历史记录中的气温波动可能是区域性的，而非以半球规模中所发生。

Bradley, Hughes & Mann研究报告（2006年），作者发给自然杂志的一封信中，指出其1998年报告的原始标题：过往千年的北半球温度：推论、不确定性和局限性（Northern Hemisphere temperatures during the past millennium: inferences, uncertainties, and limitations）并指出在取得更高置信度的结论之前，需取得更广泛的高分辨率数据来支持，同时文章的重点就是其中提起的不确定性（uncertainties）。

## 历史

1960年代，英国气候学家休伯特·兰姆从历史气象学相关文献和英格兰中部的温度记录中，归纳出北大西洋地区曾发生过中世纪温暖时期，随后又经历过小冰期。在1990年发布的IPCC第一次评估报告对此提出讨论，并警告说那次中世纪变暖可能并非全球性。从1930年代开始，零星使用代理资料对过去的温度记录进行定量估计， Raymond S Bradley及Philip D. Jones两位学者于1993引入“复合叠加尺度”(CPS) 法。IPCC第二次评估报告中即刊出两位重建回溯到公元1400年的气温记录。

三位美国气候学家Michael E. Mann、Raymond S. Bradley和Malcolm K. Hughes于1998年所做的重建（, 简称MBH98）把介于公元1400-1980年间，显示半球中的年度平均温度，并强调其具有不确定性。

研究人员Jones, P. D.; Briffa等（1998年）独立制作一个可追溯到数千年前的CPS重建，Mann, Bradley & Hughes （1999年），（(MBH99)) 使用MBH98中的方法将他们的研究回溯延伸到公元1000年。美国气候学家杰里·马尔曼率先使用“ 曲棍球棒”来描述如此形状的上升模式，设想迄公元1900年为止相对平坦的图形，如同曲棍球棒的“轴”，随后急剧上升，有如球棒延伸而出的“刃”。<

于2001年发表的IPCC第三次评估报告 (TAR) 中凸显MBH99研究报告中的一个图，这份报告也借鉴研究人员Jones, P. D.与Briffa等（1998年），以及另外三个重建结果以支持报告结论：在北半球，1990年代可能是过去1,000年以来最热的10年，其中1998年可能是最热的一年。这份图成为宣传中的特色，并成为那些对已逐渐强化科学共识（认为20世纪末的升温非比寻常）采反对意见阵营的辩论焦点。

2003年，随着反对1997年京都议定书的游说力度加大，小布希总统设法将美国国家环境保护局（EPA）建议的气候重建内容删除，和美国联邦参议员吉姆·殷荷菲于参议院演讲中声称人类活动造成全球变暖是个骗局，这两件事均由所谓的Soon和Baliunas争议事件所引起。后来在2003年，Steve McIntyre和Ross McKitrick共同发表文章，驳斥MBH98报告中提出的数据，但他们的论点遭到反驳。在2004年，德国气候科学家Hans von Storch表示MBH98论文中统计技术把自然变率的作用低估，但他错误指出就因此而整体图表会失真。在2005年，Steve McIntyre和Ross McKitrick对MBH98论文和MBH99论文中的主成分分析法提出批评，但有Huybers（2005年）和Wahl & Ammann（2007年）两篇报告指出Steve McIntyre和Ross McKitrick所犯的错误。美国国家学院于2006年所提的诺斯报告支持MBH98/NBH99的论点，但加注有小的应注意事项。由美国统计学家爱德华·韦格曼撰写的韦格曼报告支持Steve McIntyre和Ross McKitrick的研究结果，但随后遭到质疑。反对MBH报告的论点（后被称为气候门）被再度引入，但遭到8项独立调查结果驳回。

所谓科学检验是利用不同的数据和方法来复制出相同的结果。而目前已有超过20个（参见为地球过去2千年气温做大规模重建列表）使用不同统计方法和代理记录的组合所产生的重建，对1998年原始曲棍球棒图所展示的广泛共识给予支持，每种重建在20世纪前“轴”的平坦程度各有不同。于2013年发表的IPCC第五次评估报告 (AR5 WG1)，检查过去两千年的温气温变化，其结论认为，“1983-2012年之间的期间很可能（very likely）是过去800年中最热的30年（高置信度）并且可能（likely）是过去1,400年中最热的30年（中等置信度）。

## 参考研究报告

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## 外部链接

- A collection of various reconstructions of global and local temperature from centuries on up
- An NOAA collection of individual data records
- Surface Temperature Reconstructions for the Last 2,000 Years