地質時代の気候に関する数量は、いろいろな本や論文にグラフでしめされているが、 その軸の寸法はまちまちで、向きさえ統一されていない(どちら向きにも理由があるので)。 年代値が改訂されて、グラフをのびちぢみさせたいこともある。 わたしは1996年に出版された『気候変動論』の本の「第四紀の気候変動」の章を 分担執筆する際に、この困難を感じたが、 ちょうど、古気候に関する数値データをあつかうデータセンターができ、 論文を書いた人がそのデータを提供する習慣ができはじめたところだった。 わたしはそこから取得したデータや、印刷物に数値として印刷してあったデータを 自分でグラフにした。 そのうちいくつかは、「気候システム論」の教材ページ [地球環境の歴史]の [住ほか1996:増田・阿部]として示したリンク先にある。
この専門分野で主要なデータセンターのひとつは、アメリカ合衆国のNOAA (海洋大気庁)の、 National Centers for Environmental Information (NCEI、 ウェブサイト https://www.ncei.noaa.gov/ )の 古気候 (paleoclimatology) 部門である。 NCEIになるまえは、National Climatic Data Center (NCDC)という組織に属していた。 入口となるウェブページは https://www.ncei.noaa.gov/products/paleoclimatology である。
ここでは、NCEI Paleo から公開されているデータのいくつかをローカルに提供するので、 それのグラフ化を試みてほしい。
ファイルのどの部分に年代、どの部分に表示すべき変数が書かれているかは 自明ではなく、ドキュメントを読む必要がある。 質問があれば、わたしが理解したかぎりのことを説明する。
年代のbefore present (BP) は「今から何年まえ」だが、 放射性炭素年代の関係者は、西暦1950年を「現在」とする習慣がある。 他の古気候データで、年代の時間分解能が100年より細かいものの場合は要注意だが、 たとえば下記のドームふじコアの72万年の同位体のデータは「BP」がつかわれており、やはり1950年を原点としているにちがいない。 しかし、34万年の二酸化炭素のデータは「b2k」と書かれており、西暦2000年を原点としているにちがいない。
同位体比のδ値は、もともと微量である同位体の濃度のわずかな差を拡大して表示するもので、 ([サンプルの濃度] - [標準物の濃度])/[標準物の濃度] を ふつうは 1000 倍して、パーミル(per mil)値として示す。
海底堆積物コアから得られる情報は多様だが、 とくに、底生有孔虫の殻の炭酸カルシウムの酸素同位体比は、 (その場のローカルな環境よりもむしろ) 世界の氷と海の質量配分の指標として重要である。
ここではその代表例として、 Lisiecki & Raymo (2005)が、 多数の海底コアのデータを編纂して得た 530万年間のδ18 Oの時系列データを示す。 (NCEI Paleoの https://www.ncei.noaa.gov/access/paleo-search/study/5847 )
Lisiecki & Raymo (2005) の "stack" データをとり出したデータファイル
これを読んで作図する R プログラム
時間は右から左へ進む。 縦軸は底生有孔虫の殻の酸素同位体比 δ18O。 上側は重い酸素が多い・世界の氷が多い・海水面が低い(・寒い)状態。
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縦軸の向きを変える
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横軸 (時間軸) の向きを変える
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横軸の範囲を設定する
| 500万年前～現在 | 200万年前～100万年前 | 100万年前～現在 | 25万年前～現在 |
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氷床・氷河は雪がつもったものなので、下から上に進む時系列とみなすことができる。 氷にとりこまれた空気は泡がとじた時点の大気のサンプルと考えられる (詳しい分析では氷との物質交換も考慮する)。
とくに長い時系列が得られるのは、南極大陸のうちでも高原部の掘削で、 ロシア(研究開始時はソ連)が掘削した(分析にはフランスの研究者がおもにあたった) Vostok、 ヨーロッパ諸国による「ドームC」(プロジェクト名EPICAでも知られる)、 日本による「ドームふじ」がある。
ここでは、ドームふじのデータのうちNCEI Paleoに提供されているものをとりあげる。 (ここに置いたデータは わたしが 2018年に ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/paleo/icecore/antarctica/domefuji/ から取得した。 そのサーバーはなくなったかもしれないが、下記の目録情報からたどって取得可能である。)
Uemura ほか (2018) の domefuji2018iso-temp.txt から、年代がきまっていない部分をのぞき、コメント行を大部分省略したもの
これを読んで、水蒸気源の海面水温の推定値 (偏差) の時系列を作図する R プログラム
| 横軸:データセットの時間範囲 | 100万年前～現在 | 25万年前～現在 |
|---|---|---|
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Kawamura ほか (2007) の df-co2-wet-340ka-2007.txt から、二酸化炭素濃度の時系列の表をとりだしたもの
これを読んで、大気中の二酸化炭素濃度 の時系列 を作図する R プログラム
| 横軸:データセットの時間範囲 | 100万年前～現在 | 25万年前～現在 |
|---|---|---|
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ここで仮に「日射量」というのは、 大気上端に入射する太陽放射エネルギーフラックス密度である。 (地球に吸収されるか反射されるかの両方をふくむ)。 「太陽定数」を一定とし、太陽・地球間に吸収物質がないとすれば、 これは太陽と地球の幾何学的関係で決まり、 木星などの引力を考慮した天体力学の理論計算で数値が得られる。 したがって、ここに示すのも理論値であって観測値ではない。
ここでは、NCEI Paleoに登録されている、 ベルギーのルーヴァン大学のBerger (ベルジェ)たちの理論計算結果をとりあげる。 (NCEI Paleoの https://www.ncei.noaa.gov/access/paleo-search/study/5776 )
Berger & Loutre (1991) のデータファイル (上記と同じ内容)
これを読んで作図する R プログラム
| 変数名 | 500万年前～現在 | 100万年前～現在 | 25万年前～現在 |
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| 地球の軌道の離心率 e |  |
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| 近日点黄経 ω (線をつながない) |  |
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| 地軸の傾き obliquity |  |
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| 日射量にかかわる歳差の因子 e sin(ω) 値が正 ... 南半球の夏の日射が多い。 値が負 ... 北半球の夏の日射が多い。 |
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| 北緯65度の7月、南緯65度の1月の日射量 |  |
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| 北緯15度の7月、南緯15度の1月の日射量 |  |
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1つの画面を上下にわけて複数の変数の時系列グラフをならべた例もつくりたい。 しかしまだできていない。
insol91.dec.txt, insol91.jun.txt の作図例もつくりたい。しかしまだできていない。
ExcelやLibreOffice Calcなどの表計算ソフトウェアでもグラフをつくることはできる。 数値の数字での表示とグラフとのあいだの行き来がしやすい点は便利だといえる。 ただし、次のような難点があるので、注意してほしい。