Объяснитель: Как ученые измеряют глобальную температуру?

1. Основы
2. Четыре основных набора данных
3. HadCRUT4 и проблемы в Арктике
4. Вопрос о деталях
5. Разработка глобальной температуры
6. Проверка качества спутников
7. Последовательные признаки

Каждый год примерно в это время в мировых метеорологических агентствах происходит бурная деятельность, поскольку они готовятся опубликовать официальные данные о глобальной температуре за предыдущий год.

В этом году особый интерес вызывает то, что, вероятно, 2014 год будет самым жарким за всю историю наблюдений.

Первым из блоков с официальными данными было Японское метеорологическое агентство (JMA). Ранее в этом месяце было подтверждено, что занял первое место с глобальными температурами на 0,27 градуса Цельсия выше долгосрочного среднего. Сегодня настала очередь НАСА и Национального управления океанических и атмосферных исследований США, и на следующей неделе Метеорологический офис Великобритании последует их примеру.

Почему так много записей? Хотя глобальная температура является достаточно простой идеей, измерить ее сложнее, чем вы думаете. Мы посмотрим, как ученые измеряют глобальную температуру.

Основы

Чтобы получить полную картину температуры Земли, ученые объединяют измерения с воздуха над землей и с поверхности океана, полученные с помощью кораблей, буев, а иногда и спутников.

Температура на каждой наземной и океанической станции ежедневно сравнивается с тем, что является «нормальным» для этого места и времени, как правило, для долгосрочного среднего значения за 30-летний период. Различия называются «аномалиями», и они помогают ученым оценить, как температура меняется с течением времени.

«Положительная» аномалия означает, что температура выше, чем долгосрочная средняя, ​​«отрицательная» аномалия означает, что она холоднее.

Ежедневные аномалии усредняются вместе за целый месяц. Они, в свою очередь, используются для определения температурных аномалий от сезона к сезону и из года в год.

Четыре основных набора данных

Ученые используют четыре основных набора данных для изучения глобальной температуры. Метеорологический центр Великобритании и Центр климатических исследований Университета Восточной Англии совместно производят HadCRUT4 ,

В США GISTEMP серия выходит через Институт космических наук имени НАСА Годдарда ( ГИСС ), а Национальное управление океанических и атмосферных исследований ( NOAA ) создает MLOST запись. Японское метеорологическое агентство ( СОУ ) производит четвертый набор данных.

Вот как сравниваются глобальные температуры в четырех наборах данных за последние 130 лет. Вы можете видеть, что все они демонстрируют тенденцию к потеплению, но есть и межгодовые различия.

Глобальная аномалия средней температуры с 1880 по 2012 год по сравнению с долгосрочным средним значением 1951-1980 гг. Источник: НАСА Земная обсерватория ,

GISTEMP (красная линия) показывает самый быстрый прогрев из четырех наборов данных. JMA имеет тенденцию отслеживать немного ниже, чем другие (фиолетовый). Итак, почему мы видим различия между наборами данных?

Ответ на этот вопрос заключается в том, как разные наборы данных имеют дело с тем, что в удаленных частях мира мало или вообще нет данных, ошибками измерений, изменениями в измерительном оборудовании во времени и другими факторами, которые делают сбор глобальной температуры менее простой задачей.

Охват данных имеет, пожалуй, самое большое влияние. НАСА GISTEMP имеет наиболее полный охват, с измерениями более 99 процентов земного шара. В отличие от этого, JMA охватывает только 85 процентов земного шара, с особенно плохими данными по полюсам, Африке и Азии.

HadCRUT4 и проблемы в Арктике

Как наборы данных справляются с отсутствующими данными?

НАСА ГИСТЕМП использования статистические методы для заполнения пробелов с использованием окружающих измерений. Степень влияния каждого измерения на конечное значение зависит от того, насколько близко оно географически расположено к отсутствующей точке. NOAA следует аналогичный процесс для набора данных MLOST.

HadCRUT4 является единственным набором данных, который оставляет регионы с пропущенными данными пустыми, а не пытается их заполнить. Это фактически предполагает, что температуры соответствуют среднему глобальному значению.

это не будет проблемой если бы мир нагревался с одинаковой скоростью везде. Но данные показывают, что Арктика, например, потепляет больше, чем дважды так быстро, как в среднем по миру.

Вполне разумно, что отсутствие Арктики может привести к глобальной температуре, которая ниже, чем в реальном мире. Действительно, обновления старой версии температурного рекорда (HadCRUT3) для включения лучших арктических данных позволили увидеть температуры в северном полушарии подняться на 0,1 градуса Цельсия ,

Но пробелы в данных все еще существуют, как показывают белые области на верхней карте на рисунке ниже. бумага В прошлом году попытался исправить эту известную проблему с использованием спутниковых данных в реконструировать отверстия в записи температуры поверхности (нижняя карта ниже). Предполагалось, что поверхность Земли нагрелась в два раза больше за последние 15 лет, чем предполагает HadCRUT4.

Вверху: белые области показывают разрывы в наборе данных HadCrut4. Внизу: реконструированные данные показывают более быстрое потепление в Арктике, чем в остальном мире. Источник: Cowtan & Way (2013) ,

Вопрос о деталях

После разработки годовых аномалий температуры для каждой наземной или океанической станции следующая задача ученых - разделить Землю на сетчатые блоки.

Они рассчитывают среднюю температуру для каждого бокса, комбинируя данные со всех доступных станций. Чем меньше ячейки сетки, тем лучше средняя температура бокса будет отражать фактическую температуру в любой заданной точке, что приведет к более точной оценке глобальной температуры, когда вы сложите их все вместе.

Это еще один момент, по которому наборы данных отличаются. Запись NASA GISTEMP является наиболее подробной из четырех наборов данных, с ячейками сетки два градуса долготы на два градуса широты.

Другие три имеют прямоугольники сетки размером пять на пять градусов. Они также различаются по количеству наземных станций по всему миру. HadCRUT4 имеет около 5500, GISTEMP занимает среднее место с около 6300, но больше всего у MLOST, около 7000 наземных станций.

Четыре набора данных также отличаются по другим важным аспектам, включая период времени, который они охватывают. HadCrut4 тянется дальше всех до 1850 года. GISTEMP и MLOST оба начинаются в 1880 году, тогда как JMA начинается немного позже, в 1891 году.

Разработка глобальной температуры

Комбинируя ячейки сетки, ученые вырабатывают средние температуры для северного и южного полушарий. Какой вклад вносит каждая коробка в глобальная температура регулируется учитывать тот факт, что на экваторе степень долготы больше, чем на полюсах. Вместе значения полушария обеспечивают оценку глобальной средней температуры.

Однако это не так просто, как сложение двух чисел. Чтобы исключить доминирование температурного рекорда в северном полушарии с лучшей выборкой, ученые принимают среднее значение двух значений в полушарии.

Проверка качества спутников

Наряду с измерением температуры на поверхности Земли, спутники могут собирать данные из нижних 10 километров земной атмосферы, известной как нижняя тропосфера.

В отличие от рекорда температуры поверхности, тропосферные температуры распространяются только до начала спутниковой эры в 1979 году. Температура в нижней тропосфере отличается от температуры на поверхности. Например, влияние явления Эль-Ниньо значительно выше.

Но ученые могут использовать измерения нижней тропосферы как дополнительные доказательства меняющегося климата. Несколько различные группы в настоящее время отслеживают тропосферные температуры, и все четыре показывают тенденцию к потеплению за последние 30 лет.

Несмотря на это, иногда утверждается части СМИ что верно обратное - тропосфера нагревается медленнее, чем поверхность земли, даже немного охлаждение ,

Это вытекает из исследование опубликовано в 1990 году Джоном Кристи и Роем Спенсером из Университета Алабамы. Заинтригованные, другие ученые приступили к расследованию и найдены ошибки в оригинальных методах, чтобы сделать с различиями между датчиками на спутниках, и сами спутники дрейфуют во времени. После исправления различия между тропосферной и поверхностной температурами уменьшились - и тенденция к потеплению стала ясной.

Последовательные признаки

Каждый из четырех глобальных наборов данных, а также данные спутниковых измерений имеют свои преимущества и недостатки в силу различных подходов к решению некоторых основных проблем, связанных с измерением температуры Земли.

Все наборы поверхностных данных обновляются каждый месяц по мере появления новых данных и улучшения понимания неопределенностей. Именно благодаря комбинации всех доступных данных ученые могут получить надежную оценку изменения температуры.

Sharelines из этой истории

Похожие

Комментарии