PROMENE TEMPERATURE VAZDUHA NA OSNOVU SATELITSKIH
OSMATRANJA U SRBIJI I SVETU

U radu je analizirana promena temperature vazduha u Srbiji i svetu, na osnovu podataka
satelitskih osmatranja, u periodu od 1979. do 2006. godine. Analiza trenda je pokazala da nema amplifikacije trenda porasta temperature sa visinom. Analiza za Srbiju pokazala je u poslednjih 20 godina u posmatranom periodu od 1987. do 2006. godine negativan trend temperature vazduha. Iako statistički nesignifikantan, znak trenda nije saglasan sa rastućom koncentracijom antropogenog CO2. To bi značilo da znak promena satelitskih temperatura vazduha u posmatranom periodu nije u skladu sa očekivanim, u uslovima dominacije antropogenog efekta staklene bašte.

Uvod

U skladu sa povećanim interesovanjem naučne javnosti za klimatske promene i kolebanja poslednjih decenija, sve je više radova i studija koje imaju za cilj da utvrde u kojoj meri su ta kolebanja u vezi sa eventualnim antropogenim uticajima.
Međuvladin Panel za klimatske promene (IPCC) je nekoliko puta davao svoje procene mogućeg uticaja ljudskih aktivnosti, pre svega, emisije CO2 na temperaturu vazduha i druge klimatske elemente. Prema procenama iz 2007. godine, temperatura vazduha do kraja ovog veka, pod uslovom da se nastavi antropogena emisija CO2, mogla bi da poraste između 2°C i 4.5°C (IPCC, 2007). To bi značilo da, ako dominira antropogeni uticaj u kolebanjima globalne temperature, onda je za očekivati i da on ima određene zakonitosti u prostornom
rasporedu. Manabe i Stouffer (1980) su prvi uveli termin “polarna amplifikacija“, kako bi opisali intenzifikaciju zagrevanja na polovima u poređenju sa ostatkom planete kao odgovor na porast koncentracije “stakleničkih“ gasova. Uprošćen model koji su koristili pokazivao je grubu simetriju amplifikacije zagrevanja prema polovima. Oba pola su pokazivala veći porast temperature nego umerene i ekvatorijalne širine.

Polazeći od svega iznetog, pokušali smo da ispitamo da li u periodu satelitskih osmatranja (1979-2006), za koji IPCC iznosi tvrdnju o prisutnosti antropogenog uticaja na temperaturu vazduha, geografski (prostorni) raspored trenda temperature vazduha na osnovu UAHMSU satelitskih podataka, u svetu, Evropi i Srbiji, to potvrđuje.

Baza podataka i metodologija istraživanja

Za analizu promena temperature vazduha korišćeni su podaci satelitskih osmatranja-UAHMSU za period od 1979. do 2006, za prostor između 17.5-22.5°E i 42.5-47.5°N u kome se nalazi Srbija, zatim za Evropu između -10-45°E i 35-70°N, kao i za svet po pojasevima od po 10° geografske širine. Satelitski podaci NASA su obrađeni na Univerzitetu Alabama u Hantsvilu, i dostupni su na Internetu. Ovi podaci se, za razliku od prizemnih na GHCN, odnose na sloj troposfere u prvih 8 km visine. Oni prostorno pokrivaju gotovo celu planetu i dostupni su kao “gridovi“ (segmenti) od po 2.5° geografske širine i geografske dužine. Vremenski su ograničeni početkom satelitskih osmatranja 1979. godine (Christy et al., 2000).

U radu su korišćene prosečne godišnje vrednosti odstupanja temperature vazduha u odnosu na referentni period od 1979. do 1998. godine. Naime, i pored relativno kratkog perioda osmatranja, satelitski podaci se odnose na celu planetu, što je od suštinskog značaja za ovu vrstu istraživanja, posebno imajući u vidu da baš u tom periodu postoji sumnja na rastući antropogeni uticaj na globalnu klimu.

Radi preciznijeg sagledavanja promena temperature vazduha, izvršeni su proračuni linearnog trenda i njegove značajnosti (signifikantnosti). Za proveru statističke značajnosti vrednosti trenda korišćen je F-test, koji se upotrebljava za određivanje statističke signifikantnosti regresionih modela. Ukoliko je F vrednost koju smo dobili proračunom veća od F vrednosti koja je data u tablici, onda se jednačina linearne regresije smatra statistički različitom od nule, odnosno, statistički značajnom.
Za određivanje statističkog značaja proračunatih linearnih trendova koristili smo i T-test. Na osnovu ukupnog broja elemenata umanjenog za 2 (n-2 stepeni slobode) i koeficijenta determinacije (R2) primenjena je sledeća formula:

SLIKA 2 - FORMULA

Vrlo često se zbog izolovanja veze koju ispitujemo, odnosno prečišćavanja veze između varijabli od različitih „šumova“ (npr. nehomogenost podataka) u klimatološkim istraživanjima pribegava agregiranju podataka (prostornom i vremenskom). U konkretnom slučaju su na osnovu odstupanja temperature vazduha za prostor Srbije računate njihove pentadne vrednosti.

Prostornu analizu i prikaz rasporeda trenda temperature vazduha omogućila je primena programa Global Mapper. Kako su satelitski podaci za temperaturu vazduha dati za gridove od po 2.5° geografske širine i geografske dužine, bilo je bitno sačuvati odnose površina (polja koordinatne mreže), te je korišćena Lambertova ekvivalentna azimutna projekcija, u kojoj je karta i prikazana. Time je posebno potenciran geografski (prostorni) karakter istraživanja, koji je sadržan u istovremenoj analizi vremenskih nizova i prostorne distribucije parametara.

Rezultati istraživanja i diskusija

U radu je najpre izdvojeno 18 pojaseva od po 10° geografske širine za celu planetu, idući od severa ka jugu, a takođe je data površina svakog od njih (tabela 1). Za svaki pojas pojedinačno smo izračunali godišnji linearni trend temperature vazduha za period satelitskih osmatranja od 1979. do 2006. godine. Važno je napomenuti da za naše istraživanje, detaljna analiza trenda temperature vazduha na planeti, po gridovima nije imala značaja. Pre svega, zbog toga što je u pitanju veliki prostor, kao i velika varijabilnost eventualnih rezultata, a to ne doprinosi proučavanju Srbije u kontekstu globalnih promena klime, što je osnovna tema ovog rada.

TABELA 1 - Promene godišnjeg linearnog trenda temperature vazduha po pojasevima od 1979. do 2006. MSU

U periodu koji smo posmatrali (1979-2006), na osnovu pouzdanih satelitskih merenja, ono što je najuočljivije na grafikonu (grafikon 1), to je pad temperature na južnoj hemisferi južno od pojasa od 50-60°S, sve do same južne polarne oblasti (80-90°S).

GRAFIKON 1 - Promene godišnjeg linearnog trenda temperature vazduha po pojasevima

Comiso (2000) je analizirao podatke temperature vazduha na Antarktiku, prikupljene sa 21 meteorološke stanice, kao i vrednosti satelitskih osmatranja, od 1979. godine. On je zaključio da se za ceo Antarktik temperatura snižavala za između 0.08°C i 0.42°C po dekadi. U studiji, koju su dali Thompson i Solomon (2002), takođe je zapaženo snižavanje temperature u unutrašnjosti Antarktika. Slično su uočili i Doran et al. (2002), koji su istraživali trendove temperature vazduha u McMurdo suvim dolinama na Antarktiku za period od 1986. do 2000. i registrovali zahlađenje od 0.7°C po dekadi. Oni ističu da: “dramatična stopa negativnog trenda odražava dugoročno kontinentalno zahlađenje na Antarktiku u
periodu između 1966. i 2000.“ Autori dalje navode da se 14-ogodišnje snižavanje
temperature javlja u leto i jesen, kao i 35-ogodišnje zahlađenje čitavog kontinenta (izuzev tzv. suvih dolina) koje je takođe u leto i jesen.

Najnoviji podaci pokazuju da ni u mnogo dužim periodima na Antarktiku nije prisutna polarna amplifikacija temperature (Schneider et al., 2006). Naime, autori su, na osnovu paleoklimatskih metoda sa visokim stepenom pouzdanosti, rekonstruisali promene temperature na Antarktiku za poslednjih 200 godina. Oni tvrde da: “su temperature vazduha na Antarktiku početkom XIX veka bile jednako visoke kao 30-ih i 40-ih godina prošlog veka, kao i krajem 80-ih i 90-ih godina XX veka“. Ukupni porast temperature, po njima, od kraja XIX veka iznosi svega 0.2°C, što je značajno manje od 0.7°C za celu južnu hemisferu, kako smo ranije naveli.

Dobijeni rezultati našeg istraživanja, kao i rezultati nekih drugih autora, ukazuju na to da u periodu globalnog otopljavanja polarne amplifikacije na južnoj hemisferi nije bilo. U tom smislu, i neke alarmantne varijante promena mase leda na Antarktiku i povišenju nivoa okeana ne stoje. U izveštaju IPCC (2001) se kaže da: “na osnovu modela, klimatske promene su u toku XX veka na Antarktiku doprinosile promeni nivoa okeana za između -0.2 mm i 0.0 mm godišnje, usled povećanja padavina“. Sa druge strane, promene na Grenlandu su doprinosile promeni nivoa okeana od 0.0 mm do 0.1 mm godišnje (zbog promena padavina i proticaja).

Koristeći satelitska osmatranja u periodu od 1980. do 2004, Van der Berg et al. (2006) kreirali su model koji pokazuje da je bilans mase površinskog leda Antarktika pozitivan i da je rastao za 2.52±0.3*1015 kg godišnje. Taj porast mase je bio kontinuiran i uticao je na snižavanje srednjeg globalnog nivoa okeana. Do sličnih rezultata došao je i Vaughan (2005).
Ni projekcije koje daje IPCC do kraja XXI veka, što se tiče Antarktika nisu katastrofičke, jer predviđaju doprinos Antarktičkog leda nivou svetskog okeana za -0.17 m do 0.2 m ukupno.
U vezi pitanja polarne amplifikacije temperature, neophodno bi bilo razmotriti i statistički značaj (signifikantnost) proračunatih linearnih trendova temperature za pojedine pojaseve. U tom cilju korišćen je T-test. Imajući u vidu činjenicu da je na delu planete prisutan negativan trend temperature u satelitskom periodu osmatranja, hteli smo da proverimo koliko procenata on zauzima. Utvrdili smo da je to 11.8% od ukupne površine planete, odnosno 23.5% prostora južne hemisfere (tabela 2).

TABELA 2 - Značajnost (signifikantnost) trendova temperature na osnovu T-testa

Za stepen slobode 25 i nivo verovatnoće rizika prihvatanja hipoteze od 0.05 u tablici graničnih vrednosti T-testa, teorijska vrednost signifikantnosti iznosi 1.714. U tom slučaju je linijski trend u polarnim oblastima severne hemisfere signifikantan. Na južnoj hemisferi trend je signifikantan u pojasu od 60-70°S, ali je negativnog znaka, odnosno prisutno je signifikantno zahlađenje.
Kada se posmatra Zemlja u celini, na navedenoj najvišoj verovatnoći rizika, signifikantan trend zauzima 54.18% površine planete po pojasevima. Već na sledećem, nižem nivou verovatnoće rizika sa graničnom vrednošću 2.06, pozitivni trend temperature vazduha je signifikantan na 48% površine planete.
Na najnižem nivou verovatnoće rizika od 0.005 (granična vrednost od 2.81),
“globalno otopljavanje“ zauzima 40.11% Zemljine površine po pojasevima. Dakle, strogo matematički posmatrano, uočeni statistički signifikantan porast temperature na Zemlji u periodu satelitskih osmatranja (1979-2006) je globalan samo na najvišoj verovatnoći rizika prihvatanja te hipoteze. Već na narednom nivou statističke signifikantnosti ne potvrđuje se hipoteza o “globalnom otopljavanju“, jer je signifikantan porast prisutan na manje od 50%
površine planete po pojasevima.

Kako bismo detaljno ispitali promene temperature vazduha na osnovu satelitskih osmatranja računali smo vrednost trenda za svaki grid od 2.5° geografske širine i dužine za Evropu, od 35°N do 70°N i 10°W i 45°E. Vrednosti trendova temperature vazduha prikazane su u tabeli 3.
Uzevši u analizu prosečne vrednosti trenda temperature po geografskim širinama od po 2.5° (grafikon 2), uočavamo najvišu vrednost trenda (0.052°C) iznad severne Evrope (65-67.5°N), zatim vrednosti trenda postepeno opadaju do umerenih širina (50-52.5°N), beležeći minimalnu prosečnu vrednost trenda u pravcu sever-jug (0.022°C), nakon čega linija prosečnog trenda blago fluktuira prema suptropskim oblastima.

GRAFIKON 2 - Prosečan poprečan profil trenda temperature vazduha za Evropu u smeru sever-jug

Prosečan poprečan profil trenda temperature vazduha za Evropu po geografskim dužinama (grafikon 3) daje nešto drugačiju sliku. Naime, počev od zapada (10-7.5°W), gde je zabeležena minimalna vrednost (0.023°C), prema istoku primećuje se najpre konstantan porast prosečnog trenda temperature do pojasa od 35-37.5°E (0.040°C), nakon čega vrednosti blago opadaju.

TABELA 3 - Vrednosti trendova temperature vazduha za Evropu (35-70°N i -10-45°E) u periodu od 1979. do 2006. godineKARTA 1 - Raspored trenda temperature vazduha iznad Evrope (1979-2006)GRAFIKON 3 - Prosečan poprečan profil trenda temperature vazduha za Evropu u smeru zapad-istok

Pored analize trenda po gridovima, urađena je i karta prostornog rasporeda trenda temperature vazduha iznad Evrope (karta 1). Najniže vrednosti trenda temperature vazduha (manje od 0.02°C godišnje) za period od 1979. do 2006. godine uočavaju se iznad Britanskih ostrva, većeg dela Francuske, Belgije, jugozapadne Nemačke, južne Italije i južnog dela Balkanskog poluostrva (Makedonija, Grčka, Albanija, deo Crne Gore), periferno pokrivajući i našu zemlju (južni deo Kosova i Metohije).
Prosečne vrednosti trenda temperature (između 0.02°C i 0.04°C po godini) prisutne su iznad većeg dela južne, srednje i istočne Evrope, kao i delova Skandinavije. U ovom pojasu nalazi se i teritorija Srbije. Najviše vrednosti trenda temperature vazduha (iznad 0.04°C godišnje) uočavaju se iznad severnog dela Skandinavskog poluostrva, što odgovara modelima polarne amplifikacije koje daje IPCC (2007).

Promene temperature vazduha u Srbiji na osnovu satelitskih
osmatranja

Promena temperature vazduha u periodu satelitskih osmatranja u grid-segmentu 42.5-47.5°N i 17.5-22.5°E, u kome se nalazi Srbija, za period od 1979. do 2006, po liniji trenda, iznosi 0.26°C po dekadi. To je nešto manja vrednost od one za pojas 42.5-47.5°N (0.27°C po dekadi), ali duplo veća nego za Zemlju u celini (0.13°C po dekadi).
Za proveru statističke značajnosti vrednosti trenda koristili smo F-test, koji se primenjuje za određivanje statističke signifikantnosti regresionih modela. Dobijena vrednost za F, za prostor Srbije iznosi 4.37, što zadovoljava test značajnosti na najnižem nivou verovatnoće od 95%, koji zahteva vrednost od minimalno 4.22, ali ne i na nivou od 99%. Vrednosti linearnog trenda za pojas 42.5-47.5°N, kao i za planetu u celini takođe zadovoljavaju F-test na nivou verovatnoće od 99%, odnosno statistički su značajne.
Signifikantne vrednosti linearnog trenda promena temperature za Srbiju u pomenutom periodu iznose 2.6°C po veku, što na prvi pogled predstavlja veliki porast. To bi, možda, moglo ukazivati na pojavu antropogenog efekta staklene bašte po modelima Međuvladinog Panela za klimatske promene (IPCC). Panel je u više navrata davao svoje procene mogućeg uticaja ljudskih aktivnosti, pre svega, emisije CO2 na temperaturu vazduha i druge klimatske elemente na Zemlji. Poslednje procene su iz 2007. godine i po njima bi temperatura vazduha do kraja ovog veka, pod uslovom da se nastavi antropogena emisija CO2, mogla da poraste
između 2°C i 4°C (IPCC, 2007).
U dokumentu IPCC (2001) “Summary for Policymakers“ stoji da: “se prirodnim faktorima može pripisati uočeno otopljavanje u prvoj polovini XX veka“, kao i da “postoje novi i ubedljivi dokazi da se najveći deo zagrevanja registrovanog tokom poslednjih 50 godina može pripisati ljudskim aktivnostima“. Govoreći o porastu temperature u XX veku, kaže se: “osmatranja su pokazala veliki stepen varijabilnosti“ i da “se veći deo otopljavanja odvijao u toku dva perioda: 1910-1945. i 1976-2000. godine“. Iz toga sledi da je eventualni antropogeni efekat staklene bašte mogao da više dođe do izražaja tek u poslednjoj četvrtini XX veka, jer su u prvoj polovini XX veka uzrok porasta prirodni faktori, dok se u periodu 1946-1975. ne zapaža bitnija promena temperature.
Kao što se vidi u tabeli 4, najniža vrednost temperature na prostoru Srbije je zabeležena 1982. godine, kada je odstupanje od referentnog perioda iznosilo -1.15°C. Maksimalno pozitivno odstupanje je zabeleženo 1987. godine i iznosilo je 0.96°C. U dokumentu IPCC (2001) “Summary for Policymakers“, kaže se da su devedesete godine XX veka bile najtoplija dekada, a 1998. godina najtoplija godina u instrumentalnom periodu, posle 1861. godine.

TABELA 4 - Odstupanja temperature vazduha u Srbiji u odnosu na referentni period od 1979. do 1998. na osnovu satelitskih osmatranja (42.5-47.5°N i 17.5-22.5°E)

Izvesna odstupanja zapažaju se i ako se temperatura posmatra po pentadnim promenama. Naime, u periodu od 1981. do 2005. godine najtoplija pentada je bila 1986-1990, kada je prosečno odstupanje temperature bilo 0.49°C, a poslednja pentada 2001-2005. je druga po vrednosti pozitivnog odstupanja (0.30°C). Već iz toga se može zaključiti da prisutni porast temperature na teritoriji Srbije u periodu od 1979. do 2006. godine nije jednoličan, niti je prisutan sve vreme.
Ovakve nejednolične promene se jasno zapažaju na grafikonu 4, na kojem se uočava i da su minimalne vrednosti skoncentrisane u prvoj četvrtini perioda, dok su maksimumi zabeleženi u drugoj četvrtini i sredinom perioda. Takođe, zapaža se da su negativne vrednosti grupisane u periodu 1982-1985, dok se negativne vrednosti u 1989, 1993, 1996. i 2002. godini javljaju pojedinačno.

GRAFIKON 4 - Promene temperature vazduha u grid-segmentu na teritoriji iznad Srbije u periodu od 1979. do 2006.

Poslednjih 20 godina u posmatranom periodu (1987-2006) zapaža se negativan trend temperature vazduha (grafikon 5). Iako statistički nesignifikantan, znak trenda nije saglasan sa rastućom koncentracijom antropogenog CO2 u poslednjih 20 godina. To bi značilo da znak promena satelitskih temperatura vazduha u posmatranom periodu nije u skladu sa očekivanim, u uslovima dominacije antropogenog efekta staklene bašte. Matematički posmatrano, visoka vrednost trenda celog niza od 1979. do 2006. je posledica niskih vrednosti elemenata niza na početku osmatranog perioda, za koje je u dosadašnjim istraživanjima pokazano da su posledica vulkanske erupcije El Čičon (Ducic et al., 2007).

GRAFIKON 5 - Promene temperature vazduha u grid-segmentu na teritoriji iznad Srbije u periodu od 1987. do 2006.

Ducić i dr. (2006) navode: “Uzimajući u obzir ceo period satelitskih osmatranja temperature vazduha na teritoriji Republike Srpske, možemo zaključiti da je uočeni nesignifikantan porast posledica pre svega niskih vrednosti na početku perioda, koje su, kako smo utvrdili, nesumnjivo u vezi sa prirodnim faktorima (vulkanski aerosol). Od 1995. godine, od kada se u nizovima temperature ne primećuje uticaj aerosola, pa do 2005. godine linearni trend je negativan i iznosi -0.05°C po dekadi“ (Ducić i dr., 2006).

Polazeći od toga da se negativne vrednosti gomilaju, a znajući da su zabeležene u blizini godina najvećih vulkanskih erupcija u poslednjih devedeset godina, svakako bi trebalo u daljim istraživanjima ispitati eventualnu vezu između vulkanske aktivnosti i kolebanja temperature vazduha na teritoriji Srbije.

Zaključak

Cilj istraživanja bio je promena temperature vazduha u Srbiji u sklopu globalnih promena klime, na osnovu satelitskih osmatranja (UAHMSU).
Utvrđeno je da je polarna amplifikacija (porast temperature vazduha sa geografskom širinom) prisutna na severnoj hemisferi, što je u skladu sa modelima antropogenog efekta staklene bašte. Međutim, rezultati nekih autora za duže periode, kao i za pojedine regione oko severnog pola, ne ukazuju na polarnu amplifikaciju, što zahteva dalja istraživanja.
Sa druge strane, polarna amplifikacija na južnoj hemisferi ne “funkcioniše“, odnosno trend temperature raste do pojasa 30-40°S, a zatim opada, tako da od 50-60°S pa sve do pola ima negativne vrednosti.

Imajući u vidu dobijene rezultate našeg istraživanja, kao i rezultate nekih drugih autora, mišljenja smo da su neka tumačenja globalnog otopljavanja i njegovih posledica predimenzionirana.

Uzevši u analizu prosečne vrednosti trenda temperature po geografskim širinama od po 2.5° za Evropu, uočavamo najvišu vrednost trenda (0.052°C) iznad severne Evrope (65-67.5°N), zatim vrednosti trenda postepeno opadaju do umerenih širina (50-52.5°N), beležeći minimalnu prosečnu vrednost trenda u pravcu sever-jug (0.022°C), nakon čega linija prosečnog trenda blago fluktuira prema suptropskim oblastima.

Analiza temperature vazduha u periodu satelitskih osmatranja u grid-segmentu 42.5-47.5°N i 17.5-22.5°E, u kome se nalazi Srbija, pokazala je izvesna odstupanja, koja se zapažaju ako se temperatura posmatra po pentadnim promenama. Uočava se i da su minimalne vrednosti skoncentrisane u prvoj četvrtini perioda, dok su maksimumi zabeleženi u drugoj četvrtini i sredinom perioda. Periodi minimalnih vrednosti temperature javljaju se u toku ili nakon velikih vulkanskih erupcija.
Poslednjih 20 godina u posmatranom periodu (1987-2006) zapaža se negativan trend temperature vazduha (grafikon 5). Iako statistički nesignifikantan, znak trenda nije saglasan sa rastućom koncentracijom antropogenog CO2 u poslednjih 20 godina. To bi značilo da znak promena satelitskih temperatura vazduha u posmatranom periodu nije u skladu sa očekivanim, u uslovima dominacije antropogenog efekta staklene bašte.
Matematički posmatrano, visoka vrednost trenda celog niza od 1979. do 2006. godine je posledica niskih vrednosti elemenata niza na početku analiziranog perioda, za koje je u dosadašnjim istraživanjima pokazano da bi mogle biti posledica prirodnih faktora (vulkanske erupcije El Čičon).

Autori rada: Jelena Luković, Predrag Manojlović i Sanja Mustafić

Originalni naučni rad se može pogledati na LINKU-1 ili LINKU-2.

 

Podeli
Jedan od osnivača i urednika portala MeteoPlaneta. Rođen je 1971. godine u Beogradu. Meteorologijom se intenzivno bavi od 1989. godine. Njegova omiljena oblast izučavanja u okviru meteorologije je KLIMATOLOGIJA, odnosno prikupljanje, obrada i analiza meteoroloških podataka. Uradio je veliki broj klimatskih analiza i stručnih radova iz oblasti klimatologije. Jedan od najznačajnijih prioriteta u njegovoj aktivnosti je očuvanje srpske meteorološke arhive, unos meteoroloških podataka sa celokupne teritorije Srbije, odnosno digitalizacija rezultata srpskih meteoroloških merenja i osmatranja. Njegovom ličnom inicijativom i angažmanom je urađena digitalizacija starih beogradskih merenja Vladimira Jakšića sa Senjaka (period 1848-1899).