Fingerprints are key tools in climate change detection and attribution (D&A) that are used to determine whether changes in observations are different from internal climate variability (detection), and whether observed changes can be assigned to specific external drivers (attribution). We propose a direct D&A approach based on supervised learning to extract fingerprints that lead to robust predictions under relevant interventions on exogenous variables, i.e., climate drivers other than the target. We employ anchor regression, a distributionally-robust statistical learning method inspired by causal inference that extrapolates well to perturbed data under the interventions considered. The residuals from the prediction achieve either uncorrelatedness or mean independence with the exogenous variables, thus guaranteeing robustness. We define D&A as a unified hypothesis testing framework that relies on the same statistical model but uses different targets and test statistics. In the experiments, we first show that the CO2 forcing can be robustly predicted from temperature spatial patterns under strong interventions on the solar forcing. Second, we illustrate attribution to the greenhouse gases and aerosols while protecting against interventions on the aerosols and CO2 forcing, respectively. Our study shows that incorporating robustness constraints against relevant interventions may significantly benefit detection and attribution of climate change.


翻译:我们提议一种直接的开发与评估方法,其依据是监督性学习,以提取指纹,从而导致在外生变量(即目标以外的气候驱动因素)的相关干预措施下作出稳健预测。我们采用锚定回归,这是一种分布式紫色统计学习方法,其根据因果推论,在所考虑的干预措施下,极易地推断出温室气体和气溶胶,同时防止气溶胶和CO2的干扰措施,同时防止气溶胶和CO2的干扰,我们的研究显示,对相关措施的归属性限制可能大大有利于相关措施的检测和变化。

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