از آب و هوای ناسا بپرسید |25 مارس 2021 ، 07:45 PDT

حقیقت خام در مورد سوابق دمای جهانی

از سطل های قدیمی گرفته تا شناورهای با تکنولوژی بالا: چرا داده های درجه حرارت اولیه باید تنظیم شوند

توسط آلن بویز ، آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا

ایستگاه های هواشناسی در سراسر پارک ملی یخچال در مونتانا برای نظارت و جمع آوری داده های آب و هوا تنظیم شده است. این ایستگاه ها باید به صورت دوره ای برای نگهداری بازدید کنند و دستگاه های تحقیقاتی جدید را اضافه یا حذف کنند. اعتبار: Glaciernps ، CC توسط 2. 0 ، از طریق Wikimedia Commons

اطمینان از صحت سوابق دمای جهانی و منطقه ای بلند مدت زمین ، یک کار چالش برانگیز و مداوم در حال تحول است.

دلایل زیادی برای این امر وجود دارد ، از جمله تغییر در دسترس بودن داده ها ، پیشرفت های فناوری در نحوه اندازه گیری دمای سطح زمین و دریا ، رشد مناطق شهری و تغییر در جایی که داده های دما جمع آوری می شود ، فقط چند مورد را نامگذاری کنیدوادبا گذشت زمان ، این تغییرات می تواند منجر به ناسازگاری های اندازه گیری شود که سوابق داده دما را تحت تأثیر قرار می دهد.

دانشمندان با استفاده از سوابق دما از ایستگاه های آب و هوایی ، بیش از یک قرن تخمین های متوسط دمای جهانی زمین را ایجاد کرده اند. اما قبل از سال 1880 ، فقط داده های کافی برای انجام محاسبات دقیق وجود نداشت ، و در نتیجه عدم قطعیت در این سوابق قدیمی انجام شد. خوشبختانه ، برآورد دمای مداوم ساخته شده توسط Paleoclimatologists (دانشمندانی که آب و هوای گذشته زمین را با استفاده از سرنخ های زیست محیطی مانند هسته های یخ و حلقه های درختی مطالعه می کنند) دانشمندان را برای درک گرم شدن مشاهده شده امروز از آب و هوای زمین ، که هیچ موازی تاریخی ندارد ، فراهم می کند.

در طی 140 سال گذشته ، ما به معنای واقعی کلمه از انجام برخی از اندازه گیری دما با استفاده از فناوری ماهواره ای پیشرفته رفته ایم. داده های دمای امروز از منابع زیادی از جمله بیش از 32000 ایستگاه آب و هوایی زمین ، بادکنک های آب و هوایی ، رادار ، کشتی و شناورها ، ماهواره ها و ناظران داوطلبانه آب و هوا تهیه شده است.

دانشمندان برای پاسخگویی به همه این تغییرات و اطمینان از سابقه ای مداوم و دقیق از تغییرات دمای سیاره ما ، از اطلاعات بسیاری از منابع برای ایجاد تنظیمات قبل از ترکیب و جذب داده های دما در تجزیه و تحلیل دمای سطح منطقه ای یا جهانی استفاده می کنند. این به آنها امکان مقایسه "سیب به سیب" را می دهد.

بیایید با دقت بیشتری به این موضوع بپردازیم که چرا این تنظیمات انجام می شود.

برای شروع ، برخی از داده های دما توسط انسان جمع آوری می شود. همانطور که همه ما می دانیم ، انسان ها می توانند در ضبط و رونویسی مشاهدات به گاه اشتباه کنند. بنابراین ، اولین قدم در پردازش داده های دما ، انجام کنترل کیفیت برای شناسایی و از بین بردن هرگونه داده نادرست ناشی از چنین خطاهایی است - مواردی مانند از دست دادن یک علامت منفی ، سوء استفاده از یک ابزار و غیره.

تغییر در ایستگاه های آب و هوایی زمین

ایستگاه هواشناسی سیستم مشاهده سطح خودکار NOAA (ASOS) در فرودگاه شهرداری Childress در Childress ، تگزاس. ایستگاه های ASOS به طور مداوم شرایط آب و هوایی را در سطح زمین کنترل می کنند. بیش از 900 ایستگاه در سراسر ایالات متحده داده های مربوط به شرایط آسمان ، دید سطح ، بارش ، دما و باد را تا 12 بار در ساعت گزارش می دهند. اعتبار: NOAA

بعدی تغییراتی در ایستگاه های آب و هوای زمین وجود دارد. خوانش دما در ایستگاه های آب و هوایی می تواند تحت تأثیر موقعیت فیزیکی ایستگاه ، آنچه در اطراف آن اتفاق می افتد ، و حتی در زمان روز که خوانش ها انجام می شود ، تحت تأثیر قرار گیرد.

به عنوان مثال ، اگر یک ایستگاه هواشناسی در پایین کوه واقع شود و یک ایستگاه جدید در همان کوه ساخته شده باشد اما در یک مکان بالاتر ، تغییرات در عرض جغرافیایی و ارتفاع می تواند بر خوانش ایستگاه تأثیر بگذارد. اگر به طور متوسط مجموعه داده های قدیمی و جدید را به طور متوسط داشته باشید ، با باز شدن ایستگاه جدید ، خواندن دمای کلی ایستگاه از ابتدای کار پایین تر خواهد بود. به همین ترتیب ، اگر یک ایستگاه از یک مرکز شهر به مکانی کمتر توسعه یافته مانند فرودگاه منتقل شود ، ممکن است قرائت های خنک کننده منجر شود ، در حالی که اگر زمین اطراف یک ایستگاه هواشناسی تر توسعه یابد ، ممکن است قرائت ها گرمتر شوند. چنین تفاوت هایی با چگونگی جذب و حفظ گرما در محیط های مختلف ایجاد می شود.

سپس تغییراتی در نحوه جمع آوری داده های دما وجود دارد. فن آوری های قدیمی منسوخ می شوند یا ابزار دقیق به سادگی از بین می رود و جایگزین می شود. استفاده از تجهیزات جدید با خصوصیات کمی متفاوت می تواند بر اندازه گیری دما تأثیر بگذارد.

در صورت بروز تغییراتی در زمان روز که مشاهدات انجام می شود ، ممکن است تنظیم داده ها نیز مورد نیاز باشد. به عنوان مثال ، اگر شبکه ای از ایستگاه های هواشناسی زمان مشاهده یکنواخت را اتخاذ کند ، همانطور که در ایالات متحده انجام داد ، ایستگاه هایی که چنین سوئیچ را ایجاد می کنند ، داده های خود را تحت تأثیر قرار می دهند ، زیرا دما به زمان روز بستگی دارد.

دانشمندان همچنین برای پاسخگویی به داده های دمای ایستگاه که به طور قابل توجهی بالاتر یا پایین تر از ایستگاه های اطراف هستند ، تنظیم می کنند. چنین خوانش های دمای خارج از حد معمول به طور معمول هیچ ارتباطی با تغییرات آب و هوایی ندارند اما در عوض به دلیل برخی از تغییرات تولید شده در انسان هستند که باعث می شود خوانش ایستگاه از خطوط همسایه خارج شود. با مقایسه داده ها با ایستگاه های اطراف ، دانشمندان می توانند اندازه گیری ایستگاه های غیر طبیعی را شناسایی کرده و اطمینان حاصل کنند که آنها تخمین های کلی دمای منطقه ای یا جهانی را کاهش نمی دهند.

علاوه بر این ، از آنجا که تعداد ایستگاه های آب و هوای زمین با گذشت زمان در حال افزایش است ، ایجاد شبکه های متراکم تری که باعث افزایش دقت برآورد دما در آن مناطق می شود ، دانشمندان همچنین این پیشرفت ها را در نظر می گیرند تا داده های مناطقی که دارای شبکه های متراکم هستند با داده ها مقایسه شوند. از مناطقی که شبکه های متراکم کمتری دارند.

تغییر در اندازه گیری دمای سطح دریا

تقریباً مانند روند زمین ، شیوه های اندازه گیری دمای سطح دریا نیز به میزان قابل توجهی تغییر کرده است.

سطل چوبی برای اندازه گیری دمای سطح دریا در طول جنگ جهانی دوم استفاده می شود. اعتبار: موزه مارینرز

قبل از حدود سال 1940 ، متداول ترین روش برای اندازه گیری دمای سطح دریا ، پرتاب یک سطل متصل به طناب بر فراز یک کشتی ، حمل و نقل آن و خواندن دمای آب بود. این روش به دور از کامل بود. بسته به دمای هوا ، با کشیدن سطل از آب ، دمای آب می تواند تغییر کند.

در طول دهه 1930 و 40 پوند ، دانشمندان شروع به اندازه گیری دمای آب اقیانوس ها برای خنک شدن موتورهای کشتی کردند. این روش دقیق تر بود. تأثیر در سوابق دمای سطح اقیانوس طولانی مدت کاهش روند گرم شدن در دمای جهانی اقیانوس که قبل از آن زمان مشاهده شده بود ، کاهش یافته است. این امر به این دلیل است که خوانش دما از آب که قبل از اندازه گیری در سطل ها کشیده شده است ، به طور متوسط چند دهم از درجه سانتیگراد خنک تر از خوانش آب به دست آمده در سطح اقیانوس در دریچه های ورودی کشتی است.

شماتیک سیستم ورودی آب خنک کننده موتور معمولی در یک کشتی تجاری مدرن. از دهه 1930 تا حدود سال 1990 ، دانشمندان با اندازه گیری دمای آب اقیانوس که برای موتورهای حمل و نقل وارد شده است ، دمای سطح دریا را اندازه گیری می کنند. اعتبار: رابین متیوز / سی سی توسط 4. 0

سپس ، از حدود سال 1990 ، اندازه گیری از هزاران شناور شناور شروع به جایگزینی اندازه گیری های مبتنی بر کشتی به عنوان استاندارد رایج پذیرفته شده کرد. امروزه ، چنین شناورها حدود 80 ٪ از داده های دمای اقیانوس را ارائه می دهند. دمای ثبت شده توسط شناورها کمی پایین تر از میزان دریافت آب اتاق موتور کشتی به دو دلیل است. اول ، شناورها از آب نمونه ای که کمی عمیق تر و در نتیجه خنک تر از نمونه های آب به دست آمده از کشتی ها هستند. دوم ، روند عبور نمونه های آب از طریق ورودی کشتی می تواند کمی آب را گرم کند. برای جبران افزودن داده های دمای آب خنک کننده آب از شناورها به داده های دمای گرمتر به دست آمده از کشتی ها ، دمای اقیانوس از شناورها در سالهای اخیر کمی به سمت بالا تنظیم شده است تا با اندازه گیری کشتی سازگار باشد.

یک مرکز NOAA National Data Buoy Center در سواحل نیوپورت ، اورگان. شناورهایی مانند این یکی طیف گسترده ای از داده های جوی و اقیانوس را جمع آوری می کنند. اعتبار: NOAA

بنابراین بسیاری از مجموعه داده های آب و هوا ، بنابراین اختلاف نظر کمی

در حال حاضر ، چندین سازمان تحقیقاتی آب و هوایی مستقل در سراسر جهان وجود دارد که مجموعه داده های بلند مدت از دمای جهانی زمین و اقیانوس را حفظ می کنند. از جمله معروف ترین مواردی که توسط ناسا ، اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) تولید شده است ، واحد تحقیقات آب و هوایی دفتر هواشناسی ایالات متحده آمریکا (CRU) از دانشگاه آنگلیا شرقی و برکلی زمین ، غیر مستقر در کالیفرنیاسود.

مقایسه چهار روش مستقل برای برآورد ناهنجاری های دمای جهانی: NASA Gistemp ، NOAA NCEI ، مرکز هادلی مرکز/واحد تحقیقات اقلیمی (UK) و برکلی زمین. علیرغم تفاوت در روشهای مورد استفاده این محققان مستقل ، برآورد دمای جهانی آنها همه در توافق نزدیک است. اعتبار: گاوین اشمیت

هر سازمان از تکنیک های مختلفی برای تخمین های خود استفاده می کند و مجموعه داده های ورودی خود را برای جبران تغییرات در شرایط مشاهده ، با استفاده از روش های پردازش داده های شرح داده شده در ادبیات بررسی شده توسط همسالان تنظیم می کند.

نکته قابل توجه ، با وجود تفاوت در روشهای مورد استفاده این محققان مستقل ، برآورد دمای جهانی آنها همه در توافق نزدیک است. علاوه بر این ، آنها همچنین با مجموعه داده های مستقل حاصل از ماهواره ها و مدل های پیش بینی آب و هوا مطابقت دارند.

تجزیه و تحلیل gistemp ناسا

یکی از مجموعه داده های پیشرو مورد استفاده برای انجام تجزیه و تحلیل دمای سطح جهانی ، موسسه ناسا گودارد برای مطالعات فضایی (GISS) تجزیه و تحلیل دمای سطح ، معروف به Gistemp است.

Gistemp از یک روش آماری استفاده می کند که یک سری ناهنجاری دما تخمین زده شده از سال 1880 تا به امروز تولید می کند."ناهنجاری دما" محاسبه میزان دمای اندازه گیری شده سردتر یا گرمتر در یک ایستگاه هواشناسی معین در مقایسه با یک مقدار متوسط برای آن مکان و زمان است که در طی یک دوره مرجع 30 ساله (1951-1980) محاسبه می شود. نسخه فعلی GISTEMP شامل داده های متوسط ماهانه تنظیم شده از آخرین نسخه مراکز NOAA/ملی برای اطلاعات زیست محیطی (NCEI) تجزیه و تحلیل شبکه جهانی آب و هوایی تاریخی و داده های دمای سطح دریا بازسازی شده آن است.

Gistemp از یک فرآیند خودکار برای پرچم سوابق غیر طبیعی استفاده می کند که به نظر می رسد دقیق نیستند. دانشمندان سپس بازرسی های دستی را در مورد داده های مظنون انجام می دهند.

هنگامی که تمام تنظیمات مربوط به اثرات غیر اقلیمی در زمین و داده های ورودی دمای اقیانوس گنجانیده می شود NASA Gistemp برای تخمین ناهنجاری های دمای جهانی از آن استفاده می کند ، تأثیر این است که روند تاریخی جهانی دمای جهانی را برای قرن بیستم کاهش دهد. اعتبار: گاوین اشمیت

Gistemp همچنین به تأثیرات جزایر گرمای شهری ، که تفاوت در درجه حرارت بین مناطق شهری و روستایی است ، تنظیم می کند.

روش مورد استفاده برای محاسبه GistEMP از اواسط دهه 1980 به طور قابل توجهی تغییر نکرده است ، مگر اینکه بهتر برای داده های مناطق شهری حساب شود. در حالی که در دسترس بودن در دسترس بودن داده های بهتر منجر به تعدیل در میانگین دمای منطقه ای Gistemp شده است ، این تنظیمات به طور قابل توجهی بر میانگین جهانی Gistemp تأثیر نداشته است.

در حالی که داده های خام از یک ایستگاه جداگانه هرگز تنظیم نمی شوند ، هر ایستگاه که داده های غیر طبیعی ناشی از تغییر در روش اندازه گیری را نشان می دهد ، محیط فوری آن یا خطاهای ظاهری با داده های مرجع از ایستگاه های همسایه که برای شناسایی و حذف شرایط آب و هوایی مشابهی دارند ، مقایسه می شود. داده های غیر طبیعی قبل از ورود به روش GISTEMP. در حالی که چنین تنظیمات داده ها می تواند به طور قابل توجهی برخی از ایستگاه های جداگانه و مناطق کوچک را تحت تأثیر قرار دهد ، اما به سختی هر روند متوسط دمای جهانی را تغییر می دهد.

علاوه بر این ، نتایج حاصل از مدل های آب و هوایی جهانی در هیچ مرحله ای از فرآیند Gistemp استفاده نمی شود ، بنابراین مقایسه بین GistEMP و پیش بینی مدل معتبر است. تمام داده های مورد استفاده Gistemp در حوزه عمومی قرار دارند و تمام کد مورد استفاده برای تأیید مستقل در دسترس است.

خط پایین

تجزیه و تحلیل مستقل نتیجه می گیرد که تأثیر تنظیمات داده های دمای ایستگاه بسیار زیاد نیست. تنظیمات صعودی خوانش دمای جهانی قبل از سال 1950 ، در کل ، روند دمای جهانی در مقیاس قرن کمی کاهش یافته است. از سال 1950 ، با این حال ، تنظیمات در داده های ورودی کمی میزان گرم شدن کره زمین ثبت شده توسط رکورد دما را کمتر از 0. 1 درجه سانتیگراد (کمتر از 0. 2 درجه فارنهایت) افزایش داده است.

نکته نهایی: در حالی که تنظیمات مربوط به داده های دمای ایستگاه در تجزیه و تحلیل های جهانی اعمال می شود ، داده های خام این ایستگاه ها هرگز تغییر نمی کنند مگر اینکه داده های بایگانی شده بهتر در دسترس باشند. هنگامی که داده های دمای جهانی پردازش می شوند ، سوابق اصلی حفظ می شوند و در دسترس هر کسی که آنها را بدون هیچ هزینه ای به صورت آنلاین می خواهد در دسترس است. به عنوان مثال ، ممکن است به سوابق ملی و جهانی آب و هوایی NOAA در اینجا دسترسی پیدا کند.< Pan> تجزیه و تحلیل مستقل نتیجه می گیرد که تأثیر تنظیمات داده های دمای ایستگاه بسیار زیاد نیست. تنظیمات صعودی خوانش دمای جهانی قبل از سال 1950 ، در کل ، روند دمای جهانی در مقیاس قرن کمی کاهش یافته است. از سال 1950 ، با این حال ، تنظیمات در داده های ورودی کمی میزان گرم شدن کره زمین ثبت شده توسط رکورد دما را کمتر از 0. 1 درجه سانتیگراد (کمتر از 0. 2 درجه فارنهایت) افزایش داده است.