Jak se určuje globální teplota
Nejdříve je třeba připomenout, co vlastně globální teplota je a k čemu může sloužit. Velice často v pochopení tohoto pojmu čtenáři tápají. Je to vidět i z toho, že se v diskuzích o globálních změnách klimatu často objevuje námitka, že přece nelze určovat v devatenáctém století globální teplotu s přesností pod desetinu stupně. Vždyť meteorologické stanice v té době neměly standardně tak přesné teploměry.
Globální teplota není „normální“ měřená teplota. Není to fyzikální veličina měřená teploměrem, tedy odborněji řečeno nejedná se o klasickou stavovou veličinu termodynamického systému. Země jím není, není v termodynamické rovnováze, nemá jednu teplotu. Teplo obsažené v atmosféře také nedokážeme přímo měřit a právě proto se zavádí globální teplota. Jedná se o fyzikální veličinu získanou nepřímo statistickým zpracováním velkého souboru teplot měřených v různých místech a v různém čase. O jejím fyzikálním významu lze tak do jisté míry diskutovat, viz třeba zde.
Jde o vypočítaný vážený průměr z teplot měřených pravidelně v mnoha různých místech během celého roku. Pokud by se při zvýšeni nebo snížení množství energie (tepla) v atmosféře Země změnil průběh teploty v každém místě Země stejně, stačilo by určovat globální teplotu v jedné stanici. To však není pravda, neboť v některém regionu může docházet k jinému vývoji než v jiném. Proto je důležité mít stanic více. Přesnost, jakou globální teplota má a jak dobře odráží vývoj klimatu, závisí na tom, jestli měříme v charakteristických místech, které umožní ocenit či odhadnout i změny jinde. Pochopitelně, že největší přesnost dosáhneme co nejvyšším pokrytím celé plochy Země. Pokud takové pokrytí dnes máme, tak můžeme zpětně odhadovat nepřesnosti, které byly v dřívějších určováních globální teploty. Prostě srovnáme, co dostaneme v dnešních měřeních, pokud použijeme k výpočtu globální teploty pouze ty stanice, které fungovaly už v dřívějších dobách s hodnotou získanou použitím všech dat. Proto je možné mít představu i o velikosti nejistoty měření v devatenáctém a první polovině dvacátého století.
Rozdíly v teplotách v různých místech jsou jednotky i desítky stupňů. A o takové hodnoty se teplota může během dne měnit i v jednom místě. Obrovské rozdíly jsou mezi teplotami v létě a v zimě. Jestliže do atmosféry dodáte více tepla, tak se to neprojeví tak, že v každé době a v každém místě se přidá k teplotě třeba 0,01 stupně. Jedině tak by byla oprávněná námitka o nedostatečně přesném teploměru. Tak to ale není. Naopak se to projeví tak, že třeba v zimě teplota v nějakém místě poklesne v daném čase o půl stupně a v létě v jiném čase stoupne o tři stupně. Takové změny i teploměr, který měří s přesností na půl stupně lehce zaznamená. Když však uděláme průměr z hodnot teplot za celý rok v mnoha místech, můžeme určit i to zvýšení tohoto průměru – globální teploty - o 0,01 stupně, způsobený větším množstvím tepla. A to je princip sledování klimatických změn pomocí charakteristiky globální teploty. Jak už jsem zmínil, mohou být diskuze o fyzikálním významu této veličiny a jak přesně charakterizuje vývoj klimatu. Žádnou lepší charakteristiku, která by se měřila s takovou přesností a tak dlouho, však zatím nemáme.
Analýza teplotních řad projektem BEST
Projekt BEST (Berkeley Earth Surface Temperature) chtěl rozřešit otázky okolo relevance předchozích analýz globální teploty. K tomu shromáždil ještě mnohem větší počet teplotních řad. Celkově získal data z 39 000 stanic, což je pětkrát více než 7 280 stanic zařazených v „Globální historické klimatologické síti“ (GHCN). Celkově tak analyzoval okolo 1,6 miliardy teplotních údajů. Jejich zpracování se snažil provádět co nejsystematičtěji s analýzou všech zdrojů chyb. Zároveň také co nejotevřeněji a všechna použitá data i způsob jejich analýzy prezentuje na internetu.
Hlavními kritickými námitkami, které se uváděly proti předchozím analýzám vývoje globální teploty provedenými organizacemi NASA (NASA-GISS), NOAA (NOAA-NCDA) a klimatologickými pracovišti v Anglii (HadCRUT3), byly:
vyřazení některých stanic s analýzy,
vliv stanic s malou přesností jednotlivých měření,
možný vliv teplotních ostrovů u meteorologických stanic ve velkých městech,
vliv špatně umístěných stanic a nedostatečné pokrytí povrchu Země,
a že výběr stanic nemusí být dostatečně reprezentativní hlavně pro dřívější období.
A právě těmto oblastem věnovala nová analýza hlavní pozornost. Pokud se podíváme na růst počtu stanic a pokrytí území měřením zobrazeným na obrázcích, vidíme dvě zlomová období. Nárůst pokrytí mezi roky 1850 a 1900 a skokový nárůst v roce 1950 daný možností soustavného měření v polárních oblastech. Ve studii BEST se porovnávaly výsledky, které byly získány nezávislou analýzou různých částí existujícího souboru dat. Rozdělením do pěti částí se získalo pět různých vývojových křivek. Ukázalo se, že všechny poskytují v rámci statistických nejistot shodné výsledky. Podrobněji zde.
Další analýza zkoumala vliv využití stanic, které mají nepříliš vysokou přesnost měření teploty. Ty se vyskytují i v modernější době a větší počet jich byl v dřívějších časech. U některých z nich je nepřesnost jednotlivých měření i několik stupňů. Z toho důvodu byla provedena analýza přesnosti měření jednotlivých stanic ve Spojených státech a podle ní byly rozděleny podle kvality do pěti stupňů. Ty s hodnocením 1 a 2 byly označeny jako dobré, ty s hodnocením 3 jako hraniční a s hodnocením 4 a 5 jako špatné. V rámci projektu se porovnaly výsledky nezávislých analýz měření založených na dobrých stanicích a na špatných stanicích v době, kdy pracovaly společně. Ukázalo se že pozorované trendy jsou v obou případech shodné v rámci statistických chyb a že využití horších stanic neovlivňuje celkový získaný výsledek. To je důležitý poznatek hlavně pro využívání starších měření. Vzhledem k tomu, že síť měřících stanic je v USA velmi rozvinutá a reprezentativní, dá se předpokládat, že podobně bude vypadat situace i jinde na světě. Podrobnosti o studii lze nalézt zde.
Zjišťoval se také vliv stanic, které se dostaly do tepelného ostrova. Jedná se o stanice, které se nacházely v blízkosti nebo uvnitř velkých měst a většinou je obklopila zástavba. Případně se v jejich blízkosti postavilo velké parkoviště či jiná stavba, která ovlivnila mikroklima v daném místě. V tomto případě se posuzoval vývoj teploty pozorovaný v takto ovlivněných stanicích a ve stanicích, na které tepelný ostrov dopad neměl.
Ukázalo se že změna teploty (její růst) je u obou typů stanic jen velmi málo odlišná a tyto stanice příliš neovlivní výsledek, který obdržíme s využitím všech stanic. Pokud se v analýze využijí i stanice zasažené nějakým civilizačním tepelným ostrovem je nárůst teploty o trochu menší. To ukazuje, že zařazení stanic v blízkosti civilizačních zdrojů tepla neovlivní určování vývoje globální teploty a není důvodem pozorovaného jejího nárůstu za poslední století.
Podrobnosti lze nalézt zde.
Zajímavé zjištění z analýzy je, že oscilace teploty povrchových vrstev vody v Severním Atlantickém oceánu velice dobře korelují s oscilacemi globální teploty. Ta tedy koreluje s průběhem tzv. AMO (Atlantic Multidecadal oscillation). To jsou původně oscilace pozorované v tzv. AMO indexu, který je určován z měření teplot v Severním Atlantickém oceánu statistickými metodami podobným způsobem jako globální teplota. Po odečtení vlivu globálního nárůstu teplot lze pozorovat v indexu AMO oscilace s periodou zhruba 65 - 75 let, které byly první objevené a jsou základem pro název tohoto jevu. Ovšem je možné pozorovat i kratší oscilace, které mají periodu 2 - 15 let. V analýze projektu BEST je vidět velice dobrá korelace mezi oscilacemi u AMO indexu a oscilacemi v globální teplotě po odečtení vlivu nárůstu této teploty. Oscilace s krátkou periodou v globální teplotě jsou mnohem silněji korelovány právě s indexem AMO než s jevy El Nino. Podrobnosti této studie jsou zde.
Projekt BEST se snažil o co nejkorektnější analýzu co největšího množství relevantních měření teplot a získat vývoj globální teploty, který by co nejlépe reflektoval vývoj klimatu. Proto se také snažil co nejpřesněji popsat své metody statistického zpracování řad měření teploty a získávání globální teploty i srovnání svých postupů s metodami předchozích analýz (zde). Shrňme si prozatímní závěry, ke kterým ve své práci dospěl.
Nejpodstatnějším závěrem je, že analýza projektu BEST potvrzuje výsledky předchozích studií a i v ní je jasně patrný růst globální teploty v posledním století. Od roku 1950 se teplota zvýšila téměř o jeden stupeň. Nová studie má dokonce zvýšení ještě o chlup větší, ale rozdíly jsou v mezích statistických nejistot. Autoři je vysvětlují tím, že se doposud soustředili na data z pevnin. U atmosféry nad oceánem by se i podle očekávání nárůst teplot měl projevovat pomaleji. Analýza BEST nepotvrdila zpomalení růstu v posledních letech, které se pozorovalo v britské analýze. Naopak potvrdila stálý růst pozorovaný v analýzách NASA a NOAA.
Potvrdily se také krátkodobější oscilace pozorované v předchozích analýzách a byla ukázána silná korelace mezi nimi a indexem AMO. Návaznost na jevy El Nino už tak silná není. Jak prohlásil šéf projektu BEST Richard Muller: „Největším překvapením bylo, že se naše nové výsledky podobaly hodnotám, které předtím zveřejnily ostatní týmy v USA a ve Velké Britanii. To potvrzuje , že tyto studie byly vypracovány pečlivě a že jejich případná zaujatost, o níž mluvili skeptikové, závěry nijak závažně neovlivnila“. Tato plná rehabilitace je velmi významná pro tým z Velké Britanie, který byl „klimaskeptickými“ aktivisty zvláště silně napadán.
Z tohoto hlediska by se mohlo zdát, že studie BEST nemá tak velký význam a že „pouze“ plně potvrdila předcházející tři studie. To však opravdu není vše. Díky velmi podrobné analýze vlivu přesnosti měření teploty v daných stanicích a vlivu různých systematických nejistot bylo možno zahrnout do analýzy daleko více stanic a hlavně při cestě do minulosti bylo možno dramaticky snížit nepřesnosti v určování globální teploty. To umožnilo získat relevantní data již od roku 1800. Obrovským přínosem je i to, že by tato studie mohla přesvědčit všechny skeptiky, tedy alespoň ty, kteří dokáží chápat vědecké metody a racionálně uvažovat.
Závěr
Analýza vývoje globální teploty provedená projektem BEST plně potvrdila předchozí studie. Umožnila zvýšit přesnost a validitu určování vývoje globální teploty a protáhnout ji až do roku 1800. Důležité je také přesné určení zdrojů neurčitostí a jejich velikosti. Měla by být dostatečně přesvědčivá i pro dosavadní skeptiky, kteří oteplování v posledním století a jeho razantní zvýšení v posledních padesátí letech popírali.
V současnosti existují velice přesná měření vývoje obsahu oxidu uhličitého v atmosféře, která potvrzují jeho intenzivní nárůst v průběhu průmyslové éry (zde, zde, zde a zde). Měření radioaktivního uhlíku jsou pak jedním z důkazů, že hlavním zdrojem tohoto oxidu uhličitého je spalování fosilních paliv.
Srovnání vývoje globální teploty a nárůstu množství oxidu uhličitého je velmi silnou indicií, že za současným globálním oteplováním by mohl do značné míry stát právě oxid uhličitý ze spalování fosilních paliv. Pochopitelně je stále hodně otevřená otázka, jak velký je tento vliv ve srovnání s vlivy jinými a jak přesně dokáží historický i budoucí vývoj klimatu popsat současné klimatické modely. Že se v nich ještě řada procesů popisuje nedostatečně přesně, ukázaly i první výsledky experimentu CLOUD. Ten zjistil, že naše pochopení procesu tvorby oblačnosti má bílá místa, která však by i tento experiment mohl v blízké budoucnosti zaplnit. Ještě více je otevřená otázka, jaké budou případné dopady budoucího vývoje klimatu, zda se jim dá zabránit a jaká případná opatření lze učinit. Jestli je vhodnější se těmto změnám přizpůsobovat nebo jim bránit. Obě řešení mohou být velmi náročná a rozhodnutí, které z nich je účinnější a přinese měně negativních dopadů, nebude jednoduché.
V každém případě je však nutné se opírat o co nejpřesnější experimentální data, komplexní a seriozní analýzy a faktickou diskuzi. Osočování, diskreditace a slovní ekvilibristika nic pozitivního nepřinesou, jak ukazuje i popsaný případ předchozích a nynější analýzy vývoje globální teploty.
Po kliknutí na následující obrázek se otevře stránka s animací průběhu průměrných teplot na kontinentech od roku 1800. V případě problémů se spuštěním videa, doporučujeme si ho nejdřív stáhnout do počítače z odkazu pod videem.
Rozprašování diamantů do atmosféry je znovu ve hře
Autor: Josef Pazdera (20.10.2024)
ExxonMobil si zachraňuje karmu největším úložištěm oxidu uhličitého v USA
Autor: Stanislav Mihulka (13.10.2024)
Rizika plynoucí z akceptace posledních doporučení organizace Fakta o klimatu
Autor: Vladimír Wagner (08.10.2024)
Další zdroj CO2 s kterým se nepočítalo
Autor: Josef Pazdera (28.01.2024)
Sluneční šlamastyka: Masivní solární farmy mohou měnit klima jinde ve světě
Autor: Stanislav Mihulka (14.01.2024)
Diskuze:
