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Evidence for a solar signature in 20th-century temperature data from the USA and Europe - 19/08/08

Doi : 10.1016/j.crte.2008.06.001 
Jean-Louis Le Mouël, Vincent Courtillot , Elena Blanter, Mikhail Shnirman
Geomagnetism and Palaeomagnetism, institut de physique du Globe de Paris, BP 89, 4, place Jussieu, 75252 Paris cedex 05, France 

Corresponding author.

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Abstract

We analyze temperature data from meteorological stations in the USA (six climatic regions, 153 stations), Europe (44 stations, considered as one climatic region) and Australia (preliminary, five stations). We select stations with long, homogeneous series of daily minimum temperatures (covering most of the 20th century, with few or no gaps). We find that station data are well correlated over distances in the order of a thousand kilometres. When an average is calculated for each climatic region, we find well characterized mean curves with strong variability in the 3–15-year period range and a superimposed decadal to centennial (or ‘secular’) trend consisting of a small number of linear segments separated by rather sharp changes in slope. Our overall curve for the USA rises sharply from 1910 to 1940, then decreases until 1980 and rises sharply again since then. The minima around 1920 and 1980 have similar values, and so do the maxima around 1935 and 2000; the range between minima and maxima is 1.3°C. The European mean curve is quite different, and can be described as a step-like function with zero slope and a 1°C jump occurring in less than two years around 1987. Also notable is a strong (cold) minimum in 1940. Both the USA and the European mean curves are rather different from the corresponding curves illustrated in the 2007 IPCC report. We then estimate the long-term behaviour of the higher frequencies (disturbances) of the temperature series by calculating the mean-squared interannual variations or the ‘lifetime’ (i.e. the mean duration of temperature disturbances) of the data series. We find that the resulting curves correlate remarkably well at the longer periods, within and between regions. The secular trend of all of these curves is similar (an S-shaped pattern), with a rise from 1900 to 1950, a decrease from 1950 to 1975, and a subsequent (small) increase. This trend is the same as that found for a number of solar indices, such as sunspot number or magnetic field components in any observatory. We conclude that significant solar forcing is present in temperature disturbances in the areas we analyzed and conjecture that this should be a global feature.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Sur une signature solaire dans les données de température recueillies au XXe siècle en Europe et aux États-Unis. Des données de température en provenance de stations météorologiques des États-Unis (six zones climatiques, 153 stations), d’Europe (44 stations considérées comme appartenant à une unique zone climatique) et d’Australie (étude préliminaire, cinq stations) ont été analysées. Les stations disposant de longues séries de températures journalières (recouvrant la plus grande partie du XXe siècle, avec peu ou pas d’interruptions) ont été sélectionnées. Il a été trouvé que les données de stations sont bien corrélées sur des distances de l’ordre du millier de kilomètres. Quand une moyenne est calculée pour chaque région climatique, on observe des courbes moyennes bien caractérisées, avec une variabilité prononcée dans la fourchette 3–15 ans, et une tendance superposée avec des constantes de temps de l’ordre de la décennie au siècle, qui consiste en un petit nombre de segments linéaires séparés par des changements de pente assez aigus. La courbe d’ensemble pour les États-Unis croît nettement de 1910 à 1940, puis décroît jusqu’en 1980, et ensuite croît à nouveau nettement. Les minima autour de 1920 et 1980 présentent des valeurs similaires, de même que les maxima autour de 1935 et 2000 ; l’écart entre minima et maxima est de 1,3°C. La courbe moyenne pour l’Europe est très différente, et peut être décrite comme une fonction en escalier, avec une pente nulle et un saut d’environ 1°C en moins de deux ans autour de 1987. Un minimum (froid) prononcé est aussi observable en 1940. Les courbes moyennes pour les États-Unis et l’Europe sont assez différentes des courbes correspondantes fournies par le rapport GIEC de 2007. Nous estimons alors le comportement à long terme des fréquences plus hautes (perturbations) des séries de température, en calculant les variations quadratiques moyennes interannuelles ou « durée de vie » (c’est-à-dire la durée moyenne des perturbations de température) des séries de données. Les courbes résultantes sont remarquablement bien corrélées sur de longues périodes entre régions et à l’intérieur des regions et entre régions. La tendance séculaire de toutes ces courbes est similaire (allure en S), avec une croissance de 1900 à 1950, une décroissance de 1950 à 1975 et une augmentation (faible) ensuite. Cette tendance est la même que celle trouvée pour différents indices solaires, tels que le nombre de taches solaires ou les composantes du champ magnétique dans un observatoire. Nous concluons à un forçage solaire significatif dans les perturbations de température pour les zones analysées ici et avançons que cette situation pourrait avoir un caractère global.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : 20th-century temperature data (USA, Europe, Australia), Disturbances, Mean-squared interannual variations, Solar indices, Solar forcing, Geomagnetic field

Mots clés : Données de température pour le XXe siècle (États-Unis, Europe, Australie), Perturbations, Variations quadratiques moyennes interannuelles, Indices solaires, Forçage solaire, Champ géomagnétique


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Vol 340 - N° 7

P. 421-430 - juillet 2008 Retour au numéro
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