在20世紀初期，海洋中發生了一些奇怪的事情。北大西洋和東北太平洋的溫度似乎是全球平均水平的兩倍，而在幾十年的時間裡，西北太平洋則在逐漸變冷。
大氣與海洋模型很難解釋這種溫度的差異性變化，這導致了氣候科學中的一個謎：為什麼在20世紀初，海洋的升溫和降溫速度會如此不同?
現在，哈佛大學和英國國家海洋學中心找到了一個答案，這個答案既簡單如小數點的截尾，又複雜如全球的政治。它一部分是歷史，一部分是氣候科學。幾十年的數據因這項新的研究得到了修正，表明了海洋變暖是以一種更為均勻的方式發生的。研究人員將這一發現發表在了《自然》雜誌上。
幾個世紀以來，人類一直在測量並記錄海面的溫度。海洋的表面溫度能幫助水手確認航線、確定方位、預測風暴天氣。在20世紀60年代之前，對海洋表面溫度的測量大多是通過將一個桶扔到海里，然後測量桶裡的海水溫度來完成的。
美國的國家海洋和大氣管理局（NOAA）和國家大氣研究中心（NCAR）保存了一系列能追溯到19世紀早期的海平面溫度讀數。該數據庫包含了來自世界各地的漁業、商業、研究和海軍艦艇的超過1.55億次的觀測結果。這些觀測對理解海洋表面溫度隨時間的變化是至關重要的，無論這種變化是由自然因素還是人為因素導致的。
同時，它們也是統計學的噩夢。
例如，你要如何將一個英國軍人在1820年測量的數值與一艘日本漁船在1920年或一個美國海軍艦艇在1950年測得的數值相比較？你要如何知道他們各自使用了什麼類型的桶，以及在取樣時，他們的水被陽光加熱了多少，又或者因蒸發而冷卻了多少？
在典型的天氣條件下，將帆布桶裡的水在甲板上放置三分鐘，會比在同樣條件下的木桶裡的水多冷卻0.5攝氏度。而在20世紀，全球變暖的溫度差異只有約為1攝氏度，因此我們需要仔細計算不同測量方案之間存在的偏差。
論文的作者之一Peter Huybers說：“這個數據庫中含有數十億字節的數據，每個數據都有一個離奇的故事，每個數據都有其獨特性。”
已經有大量研究用來識別和調整這些獨特性。例如在2008年，研究人員發現1945年的海洋表面溫度之所以突然上升了0.3攝氏度，是因為這些數據是在船艙引擎的進氣口測量的。然而，即使有了這些修正，數據也遠非完美，海洋的表面溫度仍存在許多無法解釋的變化。
Huybers和他的同事提出了一種綜合的方法來修正數據，他們用了一種新的統計技術來比較附近船隻的測量數據。這篇論文的第一作者Duo Chan說：“我們的研究方法是觀測距離在300公里以內、時間相隔兩天的不同船隻測得的海面溫度值的差異。使用這種方法，我們發現了1780萬個這樣的交叉點，並發現其中一些出現了較大的偏差。”
研究人員重點關注了1908年至1941年間的數據，根據船的所屬國和“卡片組”進行了分類，這些“卡片組”是用一疊疊穿孔卡片存儲的海洋觀測數據。其中一疊卡片組還包括極地探險家羅伯特·斯科特（Robert Falcon Scott）和歐內斯特·沙克爾頓（Ernest Shackleton）在南極之旅所觀測到的數據。
論文的另一合著者Elizabeth Kent說：“從原始的航海日誌到現代檔案，這些數據經歷了漫長的旅程。人們為了能將可用的信息裝入穿孔卡片或數量可控的磁帶卷中作出了艱難的選擇。現在，我們有了能揭示這些選擇會如何影響數據的方法和計算能力，還能找出由於不同國家在觀測上的實踐差異而產生的偏差，從而使我們更接近真實的歷史溫度。”
在新的研究中，他們發現了兩個導致北太平洋和北大西洋溫度差異的關鍵原因。第一個原因與日本記錄的變化有關。1932年以前，日本在北太平洋的海面溫度記錄大多來自漁船的記錄。這些數據散佈在幾個不同的卡片組上，最初全都是用華氏溫度記錄的，然後才轉換成了攝氏度，最後根據四捨五入的規則精確到0.1度。
然而，隨著第二次世界大戰開戰在即，越來越多的日本讀數開始來自海軍艦艇。這些數據被存儲在了另一個卡片組上，當美國空軍將收集的數據數字化時，他們對數據進行了截取，去掉了零點幾度的數字，以整的攝氏度來記錄信息。
Huybers說，那些未被人意識到的因數字截取產生的效應，可以在很大程度上解釋為什麼在1935年到1941年間，太平洋的海面溫度估算出現了明顯的快速降溫。在修正了由數字截取引起的偏差後，太平洋的變暖更加均勻了。
在20世紀初期，海洋中發生了一些奇怪的事情。北大西洋和東北太平洋的溫度似乎是全球平均水平的兩倍，而在幾十年的時間裡，西北太平洋則在逐漸變冷。
大氣與海洋模型很難解釋這種溫度的差異性變化，這導致了氣候科學中的一個謎：為什麼在20世紀初，海洋的升溫和降溫速度會如此不同?
現在，哈佛大學和英國國家海洋學中心找到了一個答案，這個答案既簡單如小數點的截尾，又複雜如全球的政治。它一部分是歷史，一部分是氣候科學。幾十年的數據因這項新的研究得到了修正，表明了海洋變暖是以一種更為均勻的方式發生的。研究人員將這一發現發表在了《自然》雜誌上。
幾個世紀以來，人類一直在測量並記錄海面的溫度。海洋的表面溫度能幫助水手確認航線、確定方位、預測風暴天氣。在20世紀60年代之前，對海洋表面溫度的測量大多是通過將一個桶扔到海里，然後測量桶裡的海水溫度來完成的。
美國的國家海洋和大氣管理局（NOAA）和國家大氣研究中心（NCAR）保存了一系列能追溯到19世紀早期的海平面溫度讀數。該數據庫包含了來自世界各地的漁業、商業、研究和海軍艦艇的超過1.55億次的觀測結果。這些觀測對理解海洋表面溫度隨時間的變化是至關重要的，無論這種變化是由自然因素還是人為因素導致的。
同時，它們也是統計學的噩夢。
例如，你要如何將一個英國軍人在1820年測量的數值與一艘日本漁船在1920年或一個美國海軍艦艇在1950年測得的數值相比較？你要如何知道他們各自使用了什麼類型的桶，以及在取樣時，他們的水被陽光加熱了多少，又或者因蒸發而冷卻了多少？
在典型的天氣條件下，將帆布桶裡的水在甲板上放置三分鐘，會比在同樣條件下的木桶裡的水多冷卻0.5攝氏度。而在20世紀，全球變暖的溫度差異只有約為1攝氏度，因此我們需要仔細計算不同測量方案之間存在的偏差。
論文的作者之一Peter Huybers說：“這個數據庫中含有數十億字節的數據，每個數據都有一個離奇的故事，每個數據都有其獨特性。”
已經有大量研究用來識別和調整這些獨特性。例如在2008年，研究人員發現1945年的海洋表面溫度之所以突然上升了0.3攝氏度，是因為這些數據是在船艙引擎的進氣口測量的。然而，即使有了這些修正，數據也遠非完美，海洋的表面溫度仍存在許多無法解釋的變化。
Huybers和他的同事提出了一種綜合的方法來修正數據，他們用了一種新的統計技術來比較附近船隻的測量數據。這篇論文的第一作者Duo Chan說：“我們的研究方法是觀測距離在300公里以內、時間相隔兩天的不同船隻測得的海面溫度值的差異。使用這種方法，我們發現了1780萬個這樣的交叉點，並發現其中一些出現了較大的偏差。”
研究人員重點關注了1908年至1941年間的數據，根據船的所屬國和“卡片組”進行了分類，這些“卡片組”是用一疊疊穿孔卡片存儲的海洋觀測數據。其中一疊卡片組還包括極地探險家羅伯特·斯科特（Robert Falcon Scott）和歐內斯特·沙克爾頓（Ernest Shackleton）在南極之旅所觀測到的數據。
論文的另一合著者Elizabeth Kent說：“從原始的航海日誌到現代檔案，這些數據經歷了漫長的旅程。人們為了能將可用的信息裝入穿孔卡片或數量可控的磁帶卷中作出了艱難的選擇。現在，我們有了能揭示這些選擇會如何影響數據的方法和計算能力，還能找出由於不同國家在觀測上的實踐差異而產生的偏差，從而使我們更接近真實的歷史溫度。”
在新的研究中，他們發現了兩個導致北太平洋和北大西洋溫度差異的關鍵原因。第一個原因與日本記錄的變化有關。1932年以前，日本在北太平洋的海面溫度記錄大多來自漁船的記錄。這些數據散佈在幾個不同的卡片組上，最初全都是用華氏溫度記錄的，然後才轉換成了攝氏度，最後根據四捨五入的規則精確到0.1度。
然而，隨著第二次世界大戰開戰在即，越來越多的日本讀數開始來自海軍艦艇。這些數據被存儲在了另一個卡片組上，當美國空軍將收集的數據數字化時，他們對數據進行了截取，去掉了零點幾度的數字，以整的攝氏度來記錄信息。
Huybers說，那些未被人意識到的因數字截取產生的效應，可以在很大程度上解釋為什麼在1935年到1941年間，太平洋的海面溫度估算出現了明顯的快速降溫。在修正了由數字截取引起的偏差後，太平洋的變暖更加均勻了。
○ 從不同的數據集中，得出的北太平洋（上）和北大西洋（下）的海洋表面溫度的年度變化。藍線表示的是經過該研究修正之後的數據。它表明與之前的估計相比，北太平洋的變暖程度更高，北大西洋變暖程度更低。| 圖片來源：Chan et al.
日本的數據掌握了20世紀初太平洋變暖的關鍵；而在同一時期的德國數據則在理解北大西洋的海面溫度方面起到了最重要作用。在20世紀20年代末，大部分的北大西洋數據都開始由德國的船隻提供。這些測量數據大多都記錄在同一個卡片組上，與附近的測量數據相比，這個卡片組上記錄的溫度要高得多。在調整後，北大西洋的變暖趨勢得到了緩解。
研究人員發現，通過進行這些調整，整個北太平洋和北大西洋的變暖速度變得更加相似，而且變暖模式更接近根據溫室氣體濃度的上升所作出的預期。然而，差異仍然存在，研究人員在這些測量結果中發現的整體變暖速度仍然比模型的模擬預測更快。
Huybers說：“仍然存在的差異凸顯了繼續對氣候會如何受到輻射影響，氣候的敏感性及其內在的可變性進行研究的重要性。與此同時，我們需要繼續梳理數據，通過數據科學、歷史調查和對問題的良好的物理理解，我敢打賭說我們還將會發現更多有趣的特徵。”
原文標題為“Solving a statistical nightmare”，首發於2019年7月17日。原文鏈接：https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/07/researchers-find-a-simpler-pattern-of-ocean-warming/. 中文內容僅供參考，一切內容以原文為準。