PROMENE LINEARNOG TRENDA TEMPERATURE VAZDUHA PO
GEOGRAFSKIM ŠIRINAMA U PERIODU SATELITSKIH
OSMATRANJA

U radu su ispitivane promene linearnog trenda temperature vazduha po pojasevima od po 10º geografske širine, u periodu od 1979. do 2005. godine, na osnovu satelitskih podataka. Dobijeni rezultati ukazuju na prisustvo polarne amplifikacije (porast) temperature vazduha na severnoj hemisferi, u skladu sa modelima, dok promene na južnoj hemisferi ne odgovaraju modelima antropogenog efekta staklene bašte. Strogo matematički posmatrano, globalno otopljavanje je prisutno kao signifikantan trend na 54,18% površine planete, ali samo na najvišoj matematičkoj verovatnoći rizika hipoteze. Već na sledećem nivou verovatnoće, otopljavanje nema globalni karakter.

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 u više navrata davao svoje procene mogućeg uticaja ljudskih aktivnosti, pre svega, emisije CO2 na temperaturu vazduha i druge klimatske elemente. Poslednje procene su iz 2001. godine i po njima bi temperatura vazduha do kraja ovog veka, pod uslovom da se nastavi antropogena emisija CO2, mogla da poraste između 1,4 i 5,8ºC (IPCC, 2001).
U dokumentu IPCC ‘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.
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. Naime, Manabe i Stouffer (Manabe, Stouffer, 1980) su prvi uveli termin „polarna amplifikacija“ da bi opisali
intenzifikaciju zagrevanja na polovima u poređenju sa ostatkom planete kao odgovor na rast koncentracije „stakleničkih“ gasova. Uprošćen model koji su koristili pokazivao je grubu simetriju amplifikacije zagrevanja prema polovima. Naime, 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 (1979-2005), za koji IPCC iznosi tvrdnju o prisutnosti antropogenog uticaja na temperaturu vazduha, geografski (prostorni) raspored trenda temperature vazduha to potvrđuje.

Baza podataka i metodologija istraživanja

Za istraživanje su korišćeni podaci satelitskih osmatranja za period od 1979. do 2005. godine. Satelitski podaci NASA su obrađeni na Univerzitetu Alabama u Hantsvilu, i dostupni su na Internetu. Ovi podaci se, za razliku od prizemnih podataka 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 2,5º geografske širine i geografske dužine. Vremenski su ograničeni početkom satelitskih osmatranja 1979. godine (Christy i dr., 2000).
Prizemna merenja na GHCN odnose se na monitoring u meteorološkim stanicama koje ni izdaleka nisu homogeno raspoređene na planeti. To se pogotovo odnosi na južnu hemisferu, gde okeani pokrivaju 83% površine, a led dodatnih 5 procenata. I u preostalih 12% deo pokrivaju pustinje ili tropske kišne šume, sa retkom mrežom klimatoloških stanica. Sa druge strane, na severnoj hemisferi postoji problem urbanog ostrva toplote, koji značajno doprinosi nehomogenosti nizova podataka na meteorološkim stanicama.

TABELA 1 - Promeme godišnjeg linearnog trenda temperature vazduha po pojasevima

Poseban problem odnosi se na smanjivanje broja stanica. Naime, GHCN je ukupno obuhvatala približno 7.200 meteoroloških stanica, međutim, nisu sve stanice bile u funkciji u celom periodu osmatranja. U stvari, samo 500 (7%) od 7.200 stanica je bilo u funkciji 1880. godine. Ovaj broj je postepeno rastao do maksimuma od 5.464 stanice u 1966. godini, nakon čega je rapidno opadao. Poslednjih godina broj stanica se kreće oko 2.000, što je 28% od maksimuma (Peterson, Vose, 1997). Osim toga, kod dela meteoroloških stanica je došlo i do promene mikrolokacije, što sve zajedno doprinosi značajnoj nehomogenosti podataka sa GHCN.

Uzevši u obzir objektivne slabosti merenja na GHCN koje se mogu odraziti na geografski (prostorni) raspored trendova temperature, odlučili smo se za podatke satelitskih osmatranja. Naime, i pored relativno kratkog perioda osmatranja, oni se odnose na gotovo 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.

U istraživanju smo najpre izdvojili 18 pojaseva od po 10º geografske širine za celu planetu, idući od severa ka jugu i dali smo podatke za površinu svakog od njih (tabela 1). Za svaki pojas pojedinačno smo izračunali godišnji linearni trend temperature vazduha za ceo period satelitskih osmatranja (1979-2005). Takođe su date vrednosti varijanse R2 (%).

Dobijeni rezultati i tumačenje

Radi preglednije analize dobijeni rezultati prikazani su na grafikonu (slika 1). Idući od severa ka jugu, zapaža se da su najviše vrednosti trenda temperature vazduha u pojasu 80-90 N (0,0465ºC godišnje). Prema ekvatorijalnoj oblasti vrednosti trenda relativno pravilno opadaju, i na severnoj hemisferi su promene najmanje u pojasu od 10-20 N (0,0071ºC godišnje).

SLIKA 1 - Promene vrednosti godišnjeg linearnog trenda temperature vazduha po pojasevima

Na južnoj hemisferi, počev od ekvatora, vrednosti linearnog trenda uglavnom rastu do suptropskih širina 30-40 S, gde trend iznosi 0,0137ºC godišnje, a zatim neočekivano opada, da bi na 50-60 S imao negativnu vrednost od -0,0030ºC godišnje. Idući dalje ka polovima, u svim pojasevima trend je negativan, a najniži je u pojasu oko samog južnog pola, gde iznosi -0,0157ºC godišnje.

Analiza promene trenda temperature vazduha po pojasevima u periodu 1979-2005. pokazuje da promene na severnoj hemisferi odgovaraju modelu polarne amplifikacije, koji su dali Manabe i Stouffer. Promene trenda na južnoj hemisferi u ekvatorijalnom i tropskom pojasu su takođe u skladu sa modelom. Međutim, idući od suptropskog pojasa dalje prema jugu promene trenda po znaku ne odgovaraju modelu, odnosno ne postoji južna polarna amplifikacija. Praktično, na južnoj hemisferi najveći porast temperature je u suptropskom pojasu (30-40 S), a ne u južnoj polarnoj oblasti, gde je neočekivano negativni trend, koji čak ima i najviše vrednosti na planeti od -0,0157ºC godišnje.

I u nekim novijim radovima se takođe govori o prisutnosti polarne amplifikacije na planeti u procesu globalnog zagrevanja nastalim od antropogenog efekta staklene bašte (Hansen i dr., 2006). Pojedini autori su istraživali proces polarne amplifikacije za severnu hemisferu u uslovima udvostručenja koncentracije CO2 u odnosu na period pre industrijske revolucije. Zaključili su da pri najblažim varijantama modela porast u višim severnim širinama je veći za dva puta od prosečnih vrednosti za planetu. U ekstremnoj varijanti, porast temperature je četiri puta veći od proseka (Holland, Bitz, 2003). Međutim, većina modela daje porast temperature dva do tri puta veći od proseka. U pomenutom periodu 1979-2005, u toku 27 godina, temperatura je po liniji trenda porasla za 0,34ºC, dok je u oblasti oko severnog pola porasla za 1,26ºC, što je 3,7 puta više. Dakle, amplifikacija kao pojava na severnoj hemisferi „funkcioniše“. Međutim, u oblasti oko južnog pola temperatura je opala za 0,42ºC, što znači da polarna amplifikacija nije prisutna.

Razmatrajući polarnu amplifikaciju globalnog otopljavanja u arktičkom prostoru za mnogo duži period od 125 godina, Polyakov i dr. konstatuju: „Trendovi temperature vazduha nad Arktikom i severnom hemisferom u toku XX veka su slični i ne ukazuju na predviđenu polarnu amplifikaciju globalnog otopljavanja“ (Polyakov i dr., 2002). Kahl i drugi, analizirajući
promene u Severnom ledenom okeanu u periodu 1950-1990, registruju izraziti negativni signifikantni trend od -0,37ºC po dekadi (Kahl i dr., 1993). U najnovijem periodu (1979-1997), koji se donekle poklapa sa našim periodom istraživanja, Rigor i dr. (Rigor i dr., 2000) u zapadnom delu Severnog ledenog okeana ne registruju bilo kakvu promenu temperatura (dekadni trend +0,00).

Imajući u vidu rezultate pomenutih autora, proces polarne amplifikacije na severnoj hemisferi ne može se jednoznačno tumačiti, i u svakom slučaju zahteva dalja istraživanja.
Posmatrano u dužim periodima, godišnji trend na severnoj i južnoj hemisferi pokazuje izvesne sličnosti (male promene pre 1900, vrh ranih 1940-ih, najviše temperature posle 1980.), ali se primećuju i neke razlike. Postojan period porasta temperature prisutan je na severnoj hemisferi u periodu od 1910. do 1940-ih. Na južnoj hemisferi uočava se nešto manji trend porasta od 1910. do 1930, sa neočekivanim i naglim porastom počev od 1930. do 1940. Podaci za severnu hemisferu ukazuju na postepeno opadanje temperature od 1940. do 1970, nakon čega ona postojano raste. Južna hemisfera pokazuje nagli pad temperature nakon 1945, a zatim značajno variranje temperature do 1960, praćeno postepenim porastom do kraja analiziranog perioda. Linearni trend temperature za severnu i južnu hemisferu iznosi 0,69ºC i 0,70ºC za ceo niz podataka.

U periodu koji smo mi posmatrali (1979-2005), na osnovu pouzdanih satelitskih merenja, ono što je najuočljivije, to je pad temperature na južnoj hemisferi južno od pojasa od 50-60 S, sve do same južne polarne oblasti (80-90 S).
Comiso je analizirao podatke temperature vazduha na Antarktiku, prikupljene sa 21 meteorološke stanice, kao i vrednosti satelitskih osmatranja (od 1979. godine). On je našao da se za ceo Antarktik temperatura snižavala za između 0,08ºC i 0,42°C po dekadi (Comiso, 2000). U studiji koju su dali Thompson i Solomon (Thompson, Solomon, 2002) takođe je zapaženo snižavanje temperature u unutrašnjosti Antarktika. Slično su uočili i Doran i dr. 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. Ovako navode: „dramatična stopa negativnog trenda odražava dugoročno kontinentalno zahlađenje na Antarktiku u periodu između 1966. i 2000.“ (Doran i dr., 2002). 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 i dr., 2006). Naime, Schneider i dr. na osnovu paleoklimatskih metoda sa visokim stepenom pouzdanosti rekonstruisali su 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 0,7ºC za celu južnu hemisferu, kako smo ranije naveli. Dobijeni rezultati našeg istraživanja, kao i rezultati drugih autora, ukazuju na to da u periodu globalnog otopljavanja polarne amplifikacije na južnoj hemisferi nije bilo. U tom smislu, neke alarmantne varijante promena mase leda na Antarktiku i povišenja nivoa okeana ne stoje. U izveštaju IPCC se kaže da: „na osnovu modela, klimatske promene su u toku XX veka na Antarktiku doprinosile promeni nivoa okeana između -0,2 i 0,0 mm godišnje, usled povećanja padavina“. Sa druge strane, promene na Grenlandu su doprinosile promeni nivoa okeana od 0,0 do 0,1mm godišnje, zbog promena padavina i proticaja (IPCC, 2001).

Koristeći satelitska osmatranja u periodu od 1980-2004. godine, Van der Berg i dr. 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 (Van der Berg i dr., 2006). Taj porast mase je bio kontinuiran i uticao je na snižavanje srednjeg globalnog nivoa okeana. Do sličnih rezultata došao je i Vaughan (Vaughan, 2005). Ni projekcije koje daje IPCC do kraja XXI veka, što se tiče An- tarktika nisu katastrofičke, jer predviđaju doprinos Antarktičkog leda nivou Svetskog okeana za -0,17 do 0,2 m ukupno.

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).

U vezi problema polarne amplifikacije temperature, neophodno bi bilo razmotriti i statistički značaj (signifikantnost) proračunatih linearnih trendova temperature za pojedine pojaseve.
U tom cilju koristili smo T-test. Na osnovu ukupnog broja elemenata umanjenog za 2 (n-2 stepeni slobode) i koeficijenta determinacije (R2, priložen u tabeli 1.) korišćena je formula:

SLIKA 2 - FORMULA

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 60-70S, ali je negativnog znaka, odnosno prisutno je signifikantno zahlađenje.

Kada se posmatra Zemlja u celini, na navedenoj (inače 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 48,00% površine planete. Na najnižem nivou verovatnoće rizika od 0,005 (granična vrednost od 2,81) – „globalno otopljavanje“ zauzima 40,11% Zemljine površine po pojasevima.

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

Dakle, strogo matematički posmatrano, uočeni statistički signifikantan porast temperature na Zemlji u periodu satelitskih osmatranja (1979-2005) 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.

Zaključak

U radu je istraživan linearni trend temperature vazduha po geografskim širinama od po 10º u periodu satelitskih osmatranja (1979-2005). Pojava polarne amplifikacije (porast temperature vazduha sa geografskom širinom) prisutna je na severnoj hemisferi, što je u skladu sa modelima antropogenog efekta staklene bašte. Međutim, rezultati drugih 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 30-40ºS, a zatim opada, tako da od 50-60ºS pa sve do pola ima negativne vrednosti. Suprotno modelima antropogenog efekta staklene bašte, na samom južnom polu dostiže najvišu negativnu vrednost. S tim u skladu, masa leda na Antarktiku se poslednjih decenija povećava. Postojeće projekcije ne ukazuju na moguću ka- tastrofu, i predviđaju doprinos otapanja antarktičkog leda globalnom nivou Svetskog okeana u rasponu od -0,17 do 0,2 m do kraja XXI veka (IPCC, 2001).

Posmatrano po pojasevima od po 10º geografske širine, signifikantan trend porasta temperature odnosi se na 54,18% površine planete, ako se posmatra na najvišem statističkom nivou verovatnoće rizika prihvatanja hipoteze. Već na sledećem, nižem nivou verovatnoće rizika, pozitivan trend temperature vazduha je signifikantan na 48,00% povr-
šine planete, što znači da otopljavanje nema signifikantno globalni karakter. Na najnižem nivou verovatnoće rizika od 0,005, „globalno otopljavanje“ zauzima 40,11% Zemljine površine.

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. Očekujemo da će analiza promene trendova temperature na „gridovima“ veće rezolucije preciznije definisati geografski (prostorni) aspekt globalnog otopljavanja.

Literatura

  • Comiso J. C. (2000): Variability and trends in Antarctic surface temperatures from in situ and satellite infrared measurements. Journal of Climate 13.
  • Christy J. R., i dr. (2000): MSU Tropospheric Temperatures: Dataset Construction and Radiosonde Comparisons. Journal of Atmospheric and Oceanic Research 17.
  • Doran P. T. i dr. (2002): Antarctic climate cooling and terrestrial ecosystem response. Nature advance online publication, (DOI 10.1038/nature710).
  • Ducić V., Radovanović M. (2005): Klima Srbije. Zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd
  • Hansen J. i dr. (2006): Global temperature change. Proceedings of National Academy of Science of the United States of America, vol. 130, no. 39.
  • Holland, M. M., Bitz C. M, (2003): Polar amplification of climate change in coupled models. Climate Dynamics, 21.
  • Intergovernmental Panel on Climate Change (2001): The Scientific Basis. Contribution of Working Group 1 to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, New York.
  • Kahl, J. D. i dr. (1993): Absence of evidence for greenhouse warming over the Arctic Ocean in the past 40 years. Nature, 361.
  • Manabe S., Stouffer R. J. (1980): Sensitivity of a global climate model to an increase
    of CO2 concentration in the atmosphere. Journal of Geophysical Research, 85.
  • Peterson T. C., Vose R. S. (1997): An overview of the Global Historical Climatology
    Network temperature data base. Bull. of the American Meteorological Society 78.
  • Polyakov I. V. i dr. (2002): Observationally based assessment of polar amplification of global warming. Geophysical Research Letters, vol. 29, no. 18.
  • Rigor, I. G. i dr. (2000): Variations in surface air temperature observations in the Arctic, 1979-1997. Journal of Climate, 13.
  • Schneider D. P. i dr. (2006): Antarctic temperatures over the past two cenuries from ice cores. Geophysical Research Letters, vol. 33
  • Thompson D. W. J., Solomon S. (2002): Interpretation of recent Southern Hemisphere climate change. Science 296.
  • Van de Berg W. J. i dr. (2006): Reassessment of the Antarctic surface mass balance using calibrated output of a regional atmospheric climate model. Journal of Geophysical Research 111.
  • Vaughan D. G. (2005): How does the Antarctic ice sheet affect sea level rise?
    Science 308.

 

Autori rada: Vladan Ducić, Jugoslav Nikolić i Jelena Luković

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).