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State-space model for proxy-based millennial reconstruction

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Abstract

It is important to study historical temperature time series prior to the industrial revolution so that one can view the current global warming trend from a long-term historical perspective. Because there are no instrumental records of such historical temperature data, climatologists have been interested in reconstructing historical temperatures using various proxy time series. In this paper, the authors examine a state-space model approach for historical temperature reconstruction which not only makes use of the proxy data but also information on external forcings. A challenge in the implementation of this approach is the estimation of the parameters in the state-space model. The authors developed two maximum likelihood methods for parameter estimation and studied the efficiency and asymptotic properties of the associated estimators through a combination of theoretical and numerical investigations. The Canadian Journal of Statistics 38: 488–505; 2010 © 2010 Crown in the right of Canada

Abstract

Il est important d'étudier la série chronologique des températures avant la révolution industrielle afin d'avoir une perspective historique à long terme de la tendance au réchauffement climatique actuel. Parce qu'il n'y a pas d'observations instrumentales pour les températures historiques, les climatologues souhaitent les reconstruire à l'aide séries de données indirectes. Dans cet article, les auteurs étudient une approche utilisant un modèle à espaces d'états pour la reconstruction qui non seulement utilise les données indirectes, mais aussi les informations provenant des forçages externes. Un défi dans l'implantation de cette approche est l'estimation des paramètres du modèle à espaces d'états. Les auteurs proposent deux méthodes du maximum de vraisemblance pour l'estimation des paramètres et ils étudient l'efficacité et les propriétés asymptotiques des estimateurs associés grâce à une recherche combinant des approches théorique et numérique. La revue canadienne de statistique 38: 488–505; 2010 © 2010 Couronne du Chef du Canada

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