Global and Regional Temperature Projections Using the Fractional Energy Balance Equation
Notice bibliographique
Résumé
We present the Fractional Energy Balance Equation (FEBE): a generalization of the standard EBE. The key FEBE novelty is the assumption of a hierarchy of energy storage mechanisms: scaling energy storage. Mathematically the storage term is of fractional rather than integer order. The special half-order case (HEBE) can be classically derived from the continuum mechanics heat equation used by Budyko and Sellers simply by introducing a vertical coordinate and using the correct conductive-radiative surface boundary conditions (the FEBE is a mild extension). We use the FEBE to determine the temperature response to both historical forcings and to future scenarios. Using historical data, we estimate the 2 FEBE parameters: its scaling exponent (H = 0.38±0.05; H = 1 is the standard EBE) and relaxation time (4.7±2.3 years, comparable to box model relaxation times). We also introduce two forcing parameters: an aerosol re-calibration factor, to account for their large uncertainty, and a volcanic intermittency exponent so that the intermittency volcanic signal can be linearly related to the temperature. The high frequency FEBE regime not only allows for modelling responses to volcanic forcings but also the response to internal white noise forcings: a theoretically motivated error model (approximated by a fractional Gaussian noise). The low frequency part uses historical data and long memory for climate projections, constraining both equilibrium climate sensitivity and historical aerosol forcings. Parameters are estimated in a Bayesian framework using 5 global observational temperature series, and an error model which is a theoretical consequence of the FEBE forced by a Gaussian white noise. Using the CMIP5 Representative Concentration Pathways (RCPs) and CMIP6 Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) scenario, the FEBE projections to 2100 are shown alongside the CMIP5 MME. The Equilibrium Climate Sensitivity = 2.0±0.4 oC/CO2 doubling implies slightly lower temperature increases. However, the FEBE’s 90% confidence intervals are about half the CMIP5 size so that the new projections lie within the corresponding CMIP5 MME uncertainties so that both approaches fully agree. The mutually agreement of qualitatively different approaches, gives strong support to both. We also compare both generations of General Circulation Models (GCMs) outputs from CMIP5/6 alongside with the projections produced by the FEBE model which are entirely independent from GCMs, contributing to our understanding of forced climate variability in the past, present and future. Following the same methodology, we apply the FEBE to regional scales: estimating model and forcing parameters to produce climate projections at 2.5ox2.5o resolutions. We compare the spatial patterns of climate sensitivity and projected warming between the FEBE and CMIP5/6 GCMs.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».