Vedecký konsenzus revisited (II)

Autor: Juraj Vanovčan | 14.4.2009 o 23:18 | Karma článku: 9,77 | Prečítané:  3232x

"No matter if the science of global warming is all phony, climate change provides the greatest opportunity to bring about justice and equality in the world." -Christine Stewart, kanadská ministerka pre životné prostredie (1997-1999)

 

Popri nepodloženom tvrdení o bezprecedentných teplotách z konca 20. storočia je ďalším argumentom zástancov katastrofického globálneho otepľovania rýchlosť nárastu teplôt za posledné storočie. Zakiaľ čo 3. správa IPCC z roku 2001 odhaduje globálny nárast teplôt na 0,6 ± 0,2 °C za obdobie 1901-2000, 4. správa hovorí už o zvýšení o 0,74 ± 0,2 °C za obdobie 1906-2005. Nárast teplôt je dávaný do priamej súvislosti so zvyšujúcim sa obsahom skleníkových plynov v atmosfére, predovšetkým oxidu uhličitého.

 

What's the temperature, Kenneth?

Začiatky systematického inštrumentálneho merania teplôt sa datujú približne od polovice 19. storočia, vo výnimočných prípadoch aj dlhšie. Koncom 80-tych rokov počet pozemných meracích staníc dosiahol cca 15 tisíc, predovšetkým na severnej pologuli. Pre konštrukciu globálnych trendov údaje z vybraných staníc zhromažďujú a vyhodnocujú tri pracoviská: britský Meteorologický ústav (Met Office Hadley Centre) v spolupráci s univerzitnou Climatic Research Unit (CRU), ich americký ekvivalent NCDC (National Climatic Data Centre) a divízia NASA - GISS (Goddard Institute for Space Studies) v spolupráci s Columbia University.

Hadley Centre a CRU kombinujú údaje vyše 3000 pozemných meteorologických staníc (vrátane štyroch zo Slovenska) s meraniami povrchovej teploty oceánov do globálneho datasetu s názvom HadCRUT3. Teplotný trend je znázornený formou odchýlok od priemeru za obdobie 1961-1990 a jeho staršia verzia HadCRUT2 figuruje aj v 4. správe IPCC z roku 2007.

 

hadcrut2008.JPG

Obr.1  Globálny vývoj teplôt podľa datasetu HadCRUT3 za obdobie 1850-2008, vyjadrený ako odchýlky od priemeru za obdobie 1961-1990 (zdroj: CRU, University of East Anglia)


Merania NCDC sú založené na kombinácii údajov pozemných staníc siete GHCN (Global Historical Climatology Network) a meraní povrchovej teploty oceánov. Dataset NASA GISS s názvom GISTEMP využíva kombináciu údajov NCDC spolu so satelitnými meraniami teploty vzduchu nad oceánmi. Obidva záznamy - GISTEMP aj HadCRUT3 - zhodne ukazujú oteplenie od začiatku 20. storočia, prebiehajúce v dvoch fázach medzi 1910-1940 a 1977-2005. Celkový nárast teploty predstavuje približne 0,7 - 0,8 °C.

 

gistemp.JPG

Obr.2  Globálny teplotný index GISTEMP za obdobie 1880-2008, vyjadrený ako odchýlky od priemeru za obdobie 1951-1980 (zdroj: NASA GISS)

 

Koncom roku 1978 bol vypustený meteorologický satelit s označením TIROS (Television Infrared Observation Satellite), patriaci americkej NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Infračervený senzor satelitu mal merať mikrovlnné žiarenie emitované molekulami kyslíka v atmosfére, ktorého intenzita je priamo úmerná ich teplote. Pôvodným účelom satelitných meraní bolo zlepšenie presnosti meteorologických predpovedí, ukázalo sa však, že výsledky meraní v danej podobe neboli pre tento účel vyhovujúce. Koncom osemdesiatych rokov však boli v spoločnom projekte NASA a UAH (University of Alabama, Huntsville) reanalyzované nahromadené dáta s cieľom získať globálne teplotné údaje o pozemskej atmosfére. V súčasnosti existujú dva zdroje satelitných meraní, využívajúce údaje z družíc NOAA - AMSU UAH (Advanced Microwave Sounding Unit, UAH) a RSS (Remote Sensing Systems). Podstatnou výhodou satelitných meraní je pokrytie až 95% povrchu zemegule a schopnosť merať teploty v rôznych vrstvách atmosféry.

 

msuah.jpg

Obr.3  Globálne mesačné priemery teplôt v spodnej troposfére za obdobie 1979 - 2009, vyjadrené ako odchýlky od priemeru za obdobie 1979-2000 (zdroj: Global Hydrology and Climate Center, UAH)

 

Rozdiel v porovnaní s pozemnými meraniami je viditeľný; podľa satelitných meraní UAH bol nárast teplôt v období 1979 - 2005 približne o 0,1 - 0,2 °C nižší než ukazujú merania pozemných staníc. Priemerná teplota dolnej troposféry (výška 0 - 1km) bola v roku 2008 porovnateľná s teplotami v osemdesiatych rokoch. Naviac, pri zarátaní vplyvu dvoch významných vulkanických udalostí v prvej polovici trvania satelitných meraní (ktoré sa zakaždým prejavili niekoľkoročným prepadom globálnych teplôt až o 0,5 °C) a extrémneho fenoménu El Niňo v 1998 možno dokonca povedať, že zvýšenie globálnych teplôt za posledných 30 rokov bolo minimálne.

Nasledujúci graf znázorňuje porovnanie trendov HadCRUT3, GISTEMP a MSU UAH za obdobie 1900 - 2008 (satelitné merania sú k dispozícii len za obdobie 1979 - 2008). Pri porovnávaní teplotných trendov je potrebné si uvedomiť, že každý dataset je vyjadrený ako odchýlka od priemeru za rozdielne obdobia a absolútne hodnoty odchýlok preto nie sú smerodajné. Z uvedeného grafu je však zrejmé, že postupom času dochádza ku zväčšujúcemu sa rozdielu medzi satelitnými a pozemnými meraniami.

 

giscruuah.jpg

Obr.4  Porovnanie globálnych ročných priemerov teplôt podľa datasetov HadCRUT3, GISTEMP a MSU UAH za obdobie 1900 - 2009, vyjadrené ako odchýlky od rôznych priemerov.

 

Jedným z možných vysvetlení rozdielov medzi trendmi je rozdiel v pokrytí zemského povrchu, kde sa pozemné stanice nemôžu rovnať satelitným meraniam. Satelity pokrývajú 95% zemského povrchu s výnimkou extrémnych polárnych oblastí. Navyše, od 70-tych rokov počet aktívnych pozemných staníc značne poklesol. Nasledujúce porovnanie ukazuje degradáciu klimatologickej siete GHCN medzi rokmi 1978 a 2008, ktorej údaje využíva NASA GISS pre konštrukciu datasetu GISTEMP.

 

ghcn1978.JPG

ghcn2008.JPG

Obr.5  Úbytok pokrytia meteorologických staníc siete GHCN za obdobie 1978 - 2008, používaných na tvorbu globálneho trendu GISTEMP (zdroj: NASA GISS)

 

Ku najväčšiemu úbytku meracích staníc siete GHCN došlo začiatkom 90-tych rokov, ako ukazuje nasledovná animácia. Afrika, severné oblasti Kanady a časti Sibíri prakticky vypadli z pokrytia. Hustú sieť staníc si udržali Európa a územie Spojených štátov. Definovať GISTEMP ako „globálny" dataset je preto pomerne optimistické.

Ďalším problémom v súvislosti s pozemnými stanicami je vplyv urbanizácie a krajinných zmien na výsledné merané teploty. Každý disponuje empirickou skúsenosťou, že zastavané oblasti sú citeľne teplejšie než okolitá krajina. Tento jav sa označuje pojmom Urban Heat Effect (UHI) a predstavuje zvýšenie meraných teplôt vzduchu v dôsledku urbanizácie prostredia. Najintenzívnejšie sa UHI prejavuje počas letných jasných a bezveterných večerov. Betón a predovšetkým asfalt cez deň účinne absorbujú slnečné žiarenie a vyžarujú ho do okolia ešte dlho po západe slnka potom, čo sa okolitá krajina ochladí. V chladnom období zasa môže výsledky meraní skresľovať odpadové teplo, doprava či zmeny v albede (miere odrazivosti) okolia meracích staníc. Podrobnejšie vysvetlenie Urban Heat efektu je uvedené napríklad tu.

Samozrejme, UHI efekt sa prejaví len na staniciach, ktoré sú umiestnené v nevhodných lokalitách. V dôsledku rastu počtu obyvateľstva a postupom urbanizácie sa však zmenilo prostredie mnohých meracích staníc, ktoré boli pôvodne umiestnené v prírodnom prostredí. Situácii nepomohol ani fakt, že väčšina meteorologických staníc, ktoré ukončili činnosť po roku 1990 bola umiestnená práve v rurálnych oblastiach severnej Kanady a na Sibíri.

Najhustejšia sieť pozemných meracích staníc existuje v USA. Kvalitu staníc podľa "meteorologickej reprezentatívnosti" ich meraní klasifikuje príručka NOAA do 5 kategórií - podľa vzdialenosti od budov, zdrojov tepla, tienenia okolitou vegetáciou a pod. Dokumentovať významný vplyv UHI na pozemné merania sa podujal dobrovoľnícky projekt bývalého meteorológa Anthonyho Wattsa s označením surfacestations.org. Od roku 2007 bolo doteraz zdokumentovaných 70% staníc siete USHCN a rozdelených do kategórií podľa kvality ich umiestnenia. Vzhľadom na ročný rozpočet NOAA vo výške 4 mld USD (ktorá má merania teplôt v USA na starosti) sú výsledky neslávne: zo zdokumentovanych meteorologických meracích staníc len 11% z nich spĺňa podmienky kategórie 1 a 2. Až 89% staníc je nevhodne umiestnených, pričom ich odhadovaná pozitívna chyba merania je podľa klasifikácie samotnej NOAA +1 až +5 °C. Niektoré zvlášť zlé príklady umiestnení meracích staníc sú uvedené tu.

 

forestgrove.jpg

Obr.6  Príklad extrémne nevhodne umiestnenej meracej stanice siete USHCN na čiernom povrchu, v blízkosti budovy a výmenníka klimatizácie  (zdroj: surfacestations.org)

 

Takto kontaminované teplotné záznamy je obtiažne použiť pre spoľahlivú rekonštrukciu teplôt. Tvorcovia datasetu HadCRUT priznávajú, že v dôsledku neexistencie podkladov o zmenách v okolí nimi využívaných meracích staníc sa nedá prípadný UHI efekt odhadnúť; riešením podľa nich je mierne zvýšenie intervalu spoľahlivosti pre namerané dáta, cca o 0,1 °C za storočie. NASA GISS si je „kvality" meracích staníc vedomá a preto používa pre surové údaje NCDC z územia USA korekciu, ktorá od roku 1940 s postupným lineárnym nárastom znižuje namerané teploty. Zníženie teplôt v roku 2000 predstavuje cca 0,4 °C. Nie je prekvapujúce, že trend GISTEMP pre územie USA je za posledných 30 rokov vo vynikajúcej zhode so satelitnými meraniami teplôt pre USA; teploty z obdobia tridsiatych rokov sú približne rovnaké ako na konci 20. storočia. V USA teda nebol pozorovaný REÁLNY nárast teplôt v porovnaní s obdobím pred druhou svetovou vojnou; kombinovaný UHI efekt pre USA možno odhadnúť na 0,4 °C.

 

usa.JPG

Obr.7  Teploty na území USA za posledných 130 rokov (zdroj: NASA GISS)

 

Územie USA však predstavuje iba 7% z pevniny Zeme. Na zvyšných meteorologických staniciach vo svete GISS opravuje prípadný UHI efekt vlastným odhadom miery urbanizácie (podľa satelitných snímok ukazujúcich nočné osvetlenie daných lokalít), no zjavne so zmiešanými výsledkami. Globálny teplotný trend GISTEMP na pevninách totiž viditeľne predčí svojim nárastom celkový globálny trend vrátane oceánov.

Prekvapujúco (alebo aj nie), správa IPCC 2007 existenciu UHI výrazne podceňuje. Jeho vplyv na globálny teplotný trend odhaduje len na 0,005°C za dekádu (čo je hlboko pod inštrumentálnou a štatistickou chybou meraní), pričom sa odvoláva na vedecké štúdie, ktoré vplyv UHI marginalizujú. Na druhej strane existuje množstvo štúdií (uvedených v závere dokumentu uvedeného vyššie), ktoré na základe meraní označujú vplyv UHI efektu ako štatisticky významný.

Porovnanie ročných priemerov teplôt za obdobie 1941 - 2008 pre meteorologické stanice Wien-Hohe Warte (umiestnenie na predmestí), Bratislava (okraj mesta - letisko), Hurbanovo (stred mesta) a Lomnický štít (bez vplyvov urbanizácie) ukazuje podobné výsledky ako v prípade USA. Teploty na stanici Lomnický štít začiatku 21. storočia sotva prekračujú namerané hodnoty zo štyridsiatych rokov. Merania v urbanizovaných oblastiach však vykazujú až štvornásobne vyšší trend nárastu teplôt.

vielomba.jpg

Obr.8  Ročné priemery teplôt zaznamenané meteorologickými stanicami na Lomnickom štíte, v bratislave a vo Viedni za obdobie 1941 - 2008 (zdroj: NASA GISS, SHMÚ)


Pre ilustráciu, viedenská meteorologická stanica je umiestnená na betónovej streche budovy rakúskeho Meteorologického ústavu na viedenskom predmestí. Stanica v Hurbanove s najdlhším historickým záznamom teplôt na Slovensku je lokalizovaná v centre zastavanej oblasti v bezprostrednej blízkosti budov, vzdialená 30 m od asfaltovej cesty a 90 m od vyasfaltovanej plochy bežeckého okruhu.

 

wie-hurb.jpg

Obr.9 Umiestnenie meteorologických meraní teplôt stanice Wien - Hohe Warte a Hurbanovo (dole)

 

Na svete existuje niekoľko meteorologických staníc s mimoriadne dlhým záznamom. Jednou z nich je írsky Armagh Observatory, umiestnený v parku s rozlohou 7ha na okraji mestečka Armagh. Okolie meracej stanice sa od začiatku teplotných meraní v roku 1796 prakticky nezmenilo a populácia mestečka za obdobie fungovania meteorologickej stanice vzrástla sotva o tretinu. Výsledky meraní opäť ukazujú, že teploty na začiatku 21. storočia sotva prekročili obdobie 40-tych rokov. Pre porovnanie, záznam zo stanice Hurbanovo ukazuje narastajúcu pozitívnu odchýlku približne od konca druhej svetovej vojny, pravdepodobne súvisiaci s rastúcou mierou urbanizácie okolia.

 

armaghurb.jpg

Obr.10  Ročné priemery teplôt zaznamenané meteorologickými stanicami Armagh (Írsko) a Hurbanovo za obdobie 1796 - 2008 (zdroj: Armagh Observatory, SHMÚ)

 

V zázname stanice Armagh je okolo roku 1810 viditeľné výrazné Daltonovo minimum z obdobia malej doby ľadovej, dočasný nárast teplôt v polovici 19. storočia (rozsahom porovnateľný s nárastmi teplôt v 20. storočí) a taktiež výrazný pokles priemernej teploty v roku 2008. Absolútne variácie teplôt sú vyššie než v satelitnom globálnom priemere, keďže severná pologuľa kvôli nerovnomernému rozloženiu svetadielov vykazuje výraznejšie teplotné zmeny. Vyše dvestoročný záznam z írskeho observatória zachytáva koniec malej doby ľadovej a normalizáciu teplôt na dnešnú úroveň, podobnú teplotám pred cca 800 rokmi.

Nesúlad medzi inštrumentálnymi meraniami teplôt a jej nepriamymi ukazovateľmi sa takisto prejavuje v tzv. divergenčnom probléme. Pre rekonštrukcie historických teplôt využívané proxy údaje (letokruhy stromov, rozsah ľadovcov, zloženie usadenín a pod.) totiž vykazujú za posledných 30 rokov významné odchýlky od inštrumentálnych meraní. Graf rekonštrukcie historických teplôt v 4. správe IPCC túto problematiku rieši tak, že nehodiace sa trendy proxy údajov umelo ukončuje a posledných 20 rokov záznamu reprezentuje iba strmo narastajúcou krivkou pozemných meraní. „Neorezané" rekonštrukcie však divergenciu potvrdzujú a zhodne so satelitnými a spoľahlivými inštrumentálnymi meraniami teplôt ukazujú, že nárast teplôt za obdobie od konca sedemdesiatych rokov do začiatku 21. storočia sotva možno nazvať bezprecedentným. Súčasné teploty podľa nich iba mierne prevyšujú „prirodzené" teploty v štyridsiatych rokoch, kedy emisie skleníkových plynov ešte nezačali významnejšie vzrastať. Ku výraznému nárastu teplôt došlo práve v období pred masívnou povojnovou industrializáciou, čo významne spochybňuje teóriu o oxide uhličitom ako hlavnom faktore ovplyvňujúcom zmeny globálnych teplôt v 20. storočí.

 

gglaciers.jpg

Obr.11  Rekonštrukcia globálnych teplôt prostredníctvom rozsahu ľadovcov na rôznych kontinentoch do roku 1990 (zdroj: Extracting a Climate signal from 169 Glacier Records, J. Oerlemans et al., 2005)

 

Drevené vedro a očakávaný prelom v klimatických teóriách

Oceány pokrývajú 70% zemského povrchu a zmeny ich teploty by mali byť hlavným indikátorom globálnych teplôt. Tepelná kapacita vody totiž prevyšuje kapacitu rovnakého objemu vzduchu cca 2600-násobne a tepelná zotrvačnosť oceánov je jedným z hlavných dôvodov znesiteľnej a relatívne stabilnej klímy na Zemi.

Záznamy meraní povrchovej teploty oceánov od roku 1850 znázorňuje dataset HadSST2 (SST = Sea Surface Temperature), vypracovaný britským Meteorologickým ústavom. Záznam na pohľad pripomína záznamy pozemných meteorologických staníc, pričom istým potvrdením predošlých vývodov je podstatne miernejší nárast teplôt povrchov oceánov za obdobie 1977 - 2003 než v období 1910 - 1944.

 

hadsst2.JPG

Obr.12  Rekonštrukcia povrchovej teploty oceánov (zdroj: Hadley Centre)

 

Metodika merania teploty povrchu morskej vody bola dlhý čas jednoduchá: z paluby sa do mora spustilo na povraze drevené vedro, vytiahla sa vzorka vody a teplota sa ručne odmerala teplomerom. Absolútnu väčšinu meraní až do druhej svetovej vojny realizovalo britské a americké námorníctvo. Zakiaľ čo s vypuknutím konfliktu na svetových moriach Briti od meraní prakticky upustili, americké lode prešli na nový spôsob merania teploty - prostredníctvom senzora inštalovaného v nasávacom potrubí vstupu morskej vody pre chladenie zariadení lodnej strojovne. Tento spôsob merania však poskytoval mierne odlišné výsledky: voda v nasávacom potrubí sa pred meraním mierne ohriala a meranie teplôt vonku na palube malo zasa zápornú odchýlku, spôsobenú ochladením vzorky vo vedre kvôli jej odparovaniu. Odhad bol, že metóda engine intake poskytuje asi o 0,3 °C vyššie hodnoty teplôt morskej vody v porovnaní s bucket metódou.

Pri rekonštrukcii povrchových teplôt oceánov bolo nutné vziať uvedený rozdiel do úvahy a zaviesť korekčný faktor, ktorý uvedenú zmenu v metodike merania eliminuje. Folland a Parker vo svojej práci Worldwide marine temperature fluctuations 1856-1981 preto upravili namerané výsledky po roku 1945 o 0,3 °C nadol s predpokladom, že po druhej svetovej vojne všetky lode prešli výlučne na metódu engine intake. Od 80-tych rokov začali postupne pribúdať merania pomocou automatických bój a senzorov umiestnených na miestach neovplyvnených odpadovým teplom lodných motorov a korekčný faktor sa postupne vytratil.

V roku 2007 sa v časopise Journal of Atmospheric and Oceanic technology objavil vedecký článok s prekvapujúcou informáciou: vzorkovanie pomocou tradičnej bucket metódy sa po druhej svetovej vojne zďaleka neskončilo a ešte v 70-tych rokoch sa týmto spôsobom realizovala absolútna väčšina meraní. Až v 90-tych rokoch začali prevládať modernejšie metódy odberu vzoriek na merania teploty morskej vody.

 

sstbucket.JPG

Obr.13 Postupné zmeny spôsobu odberov vzorky morskej vody pre merania povrchových teplôt oceánov (zdroj: Kent et al., 2007)

 

Z uvedeného poznatku však vyplýva, že korekčný faktor bol nesprávne aplikovaný s plnou účinnosťou hneď po roku 1945; preto v grafe SST možno pozorovať náhly a výrazný prepad teplôt po roku 1945. Americké námorníctvo po vojne síce čiastočne zostalo pri metóde engine uptake, avšak Briti sa po vojne vrátili ku klasickej metóde a ostatné námorníctva zjavne tiež. Pri predpoklade, že bucket method bola používaná v prevažnej miere až do 70-tych rokov a neskôr bola len postupne nahrádzaná inými metódami, opravený graf povrchových teplôt oceánov by vyzeral asi nasledovne:

 

hadsst2corr.jpg

Obr.14  Možný vzhľad opraveného teplotného trendu povrchových teplôt oceánov po zahrnutí skutočne aplikovaných metodík meraní (zdroj: Met Office Hadley Centre, Climateaudit.org, koláž: autor)

 

Problematiku prvýkrát rozobral vedecký server Climateaudit.org v roku 2007. Okrem článku v časopise Nature z roku 2008 (autori ktorého bezostyšne vydávali zistenia z Climateaudit.org za svoje) nebola prekvapujúco dosiaľ na túto tému publikovaná žiadna vedecká práca. Ak oceány ako obrovské zásobárne pohlteného tepla predstavujú skutočný kalorimeter Zeme, uvedená zmena teplotnej histórie oceánov musí značným spôsobom ovplyvniť naše predstavy o klíme v 20. storočí. Výrazný dopad bude oprava SST predstavovať aj na rekonštrukcie globálnych teplôt; dataset HadCRUT3 je na 70% tvorený z teplôt vzduchu nad oceánmi, ktoré sa vypočítavajú práve z ich povrchových teplôt. Azda najväčší dopad bude mať opravená rekonštrukcia na solárne teórie a ich súvis so zmenami klímy v poslednom storočí.

 

loehleuah.jpg

Obr.15  Rekonštrukcia globálnych teplôt za obdobie 0 - 1980 podľa nepriamych metód (Loehle 2007) a (vyhladených) satelitných meraní UAH (zdroj: Loehle 2007, UAH, koláž: autor)

 

Skutočnosť, že značná časť „bezprecedentného" nárastu teplôt v druhej polovici 20. storočia ide na vrub kontaminovaným a neúplným meraniam samozrejme apriori nevylučuje, že teplotná anomália vo vyššie uvedenom grafe nedosiahne závratnú hodnotu 4 °C do konca tohto storočia, ako nás denne uisťujú médiá a klimatologické konferencie z atraktívnych destinácií ako Bali či Rio de Janeiro. Po vyvrátení už druhého zásadného tvrdenia zástancov globálneho otepľovania pomocou verejne prístupných údajov sa najbližšie môžeme kriticky pozrieť na príčiny, ktoré stoja za zmenami globálnych teplôt a posúdime, či pojem „science is settled" vôbec obstojí pred prísnym pohľadom čo i len amatéra.

 

 

Zdroje:

http://www.giss.nasa.gov/

http://www.metoffice.gov.uk/

http://www.cru.uea.ac.uk/

http://www.arm.ac.uk/

http://www.shmu.sk

http://www.climate4you.com

http://www.junkscience.com

http://www.surfacestations.org

http://www.climateaudit.org

 

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

SVET

Severná Kórea stráca partnerov, obracia sa k dávnemu spojencovi

Spolupráca z čias Studenej vojny sa opakuje, Kuba môže pomôcť KĽDR so zbraňami.

ŠPORT

Slovan vyhral najväčšie slovenské derby, rozhodol Hološko

Fanúšikovia Trnavy vypredali sektor hostí.


Už ste čítali?