U radu je izvršena uporedna analiza promene temperature vazduha na teritoriji Srbije, na osnovu setova podataka prizemnih i satelitskih osmatranja, u periodu od 1979. do 2006. godine. Analiza trenda je pokazala da nema amplifikacije trenda porasta temperature sa visinom. Nameće se zaključak da se porast temperature vazduha na istraživanom prostoru, kao i na planeti u celini ne može isključivo objasniti modelima dominacije antropogenog efekta staklene bašte.

Uvod

Objašnjenja razlike između satelitskih i prizemnih merenja se generalno mogu svrstati u tri grupe. Prva grupa tiče se grešaka u samom postupku merenja, druga grupa se odnosi na različiti uticaj prirodnih i antropogenih faktora na temperaturu vazduha na pojedinim visinama, dok se treća grupa temelji na razlikama u pokrivenosti teritorije osmatranjima (Santer D. et al., 2000; Radovanović M., Ducić V., 2004; Ducić V. i dr., 2005; Živković N., Smiljanić S., 2005; Mustafić S., 2006). Bez obzira na sve, te razlike su nesumnjiva realnost (Douglass H., 2004).

Baza podataka i metodologija istraživanja

Za analizu promena temperature vazduha korišćeni su podaci satelitskih osmatranja – UAHMSU, za period od 1979. do 2006, za prostor Srbije, zatim za Evropu, kao i za svet u celini. 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 J. et al., 2000).

Pored ovih podataka korišćeni su i podaci sa GHCN, koji su rezultat prizemnih meteoroloških merenja na stanicama na kopnu širom sveta, a sadrže osmatranja i sa naših prostora. Dostupni su za period od 1880. godine kao gridovi od 5ºx5º geografske širine i dužine. Važno je napomenuti da broj meteoroloških stanica u gridovima varira, međutim, određenim statističkim procedurama izvršena je homogenizacija gridova, čime je omogućeno njihovo međusobno upoređivanje.

Metodološki posmatrano, u istraživanju je, pored opštih naučnih metoda, korišćen uobičajen matematičko-statistički aparat (koeficijent korelacije, analiza linearnog trenda, pokretne srednje vrednosti i dr.).

Uporedni podaci za prizemna i satelitska merenja dati su u tabeli 1. Oni se odnose na prosečno godišnje odstupanje temperature vazduha u odnosu na referentni period od 1979. do 1998. za planetu u celini, Evropu (30-70°N i -10-45°E) i Srbiju. S obzirom na rezoluciju dostupnih podataka, za Srbiju su uzete koordinate 15-25°E i 45-50°N, u okviru kojih se nalazi najveći njen deo.

Satelitska merenja za sve tri rezolucije pokazuju da je najveće negativno odstupanje zabeleženo 1984. godine (-0.248°C za planetu u celini, -0.586°C za Evropu i -0.939°C za Srbiju).

Uporedna analiza vrednosti linearnog trenda temperature vazduha pokazala je više vrednosti na osnovu prizemnih merenja na GHCN nego što je to slučaj sa satelitskim osmatranjima na MSU, u sva tri slučaja (tabela 1). Prizemna merenja pokazuju najniži trend za planetu u celini (0.027°C po godini), u poređenju sa vrednostima za Evropu (0.039°C po godini) i Srbiju (0.034°C po godini). Podaci za linearni trend u prvih 8 km troposfere, na osnovu satelitskih osmatranja, takođe pokazuju znatno manju promenu na globalnom nivou (0.013°C po godini), nego za Evropu (0.029°C po godini) i Srbiju (0.024°C po godini). To je, verovatno, posledica činjenice da se na globalnom nivou potiru uticaji lokalnih i regionalnih klimatskih faktora, zbog čega su globalne amplitude promene manje. Važno je napomenuti da su sve izračunate vrednosti linearnog trenda temperature vazduha statistički signifikantne i na nivou od 0.05 i 0.025 verovatnoće rizika prihvatanja hipoteze.

Očigledno je da između satelitskih i prizemnih merenja postoji razlika u vrednosti trenda porasta temperature. Ta razlika je ranije, pre izvršenih korekcija, bila nešto veća. Naime, UAHMSU-merenja su do 2005. godine pokazivala niže vrednosti trenda globalne temperature (0.07°C po godini). Nakon izvršenih korekcija u obradi podataka, razlika je smanjena, ali je još uvek vidljiva. U posmatranom periodu, razlika u trendu između prizemnih na GHCN i satelitskih merenja na MSU iznosila je 0.014°C po godini.

Analiza pokretnih petogodišnjih vrednosti odstupanja temperature vazduha (tabela 2) je pokazala sinfaznu sinhronost za planetu u celini. To potvrđuju i podudaranja vrednosti najhladnije (1982-1986) i najtoplije (2002-2006) pentade između prizemnih i satelitskih osmatranja. Međutim, kada se posmatraju vrednosti za Evropu, vidi se da takve sinhronosti nema. Naime, najhladnija pentada po GHCN bila je od 1984. do 1988. godine, dok je za MSU bila dve godine ranije, od 1982. do 1986. godine.

Isti pomeraj, od dve godine, primećuje se i kod minimalnih pokretnih petogodišnjih vrednosti za Srbiju (grafikon 1). Polazeći od toga da je uočen pomeraj u fazi prizemnih osmatranja od dve godine za Srbiju, pokušali smo da ispitamo da li za to postoji statistička potvrda.
Koeficijent korelacije (R) između prizemnih i satelitskih osmatranja za period od 1979. do 2006. godine, za planetu iznosi 0.88 i statistički je signifikantan na nivou verovatnoće od 99%. Vrednost koeficijenta korelacije za Evropu, bez pomeraja, statistički je značajna sa verovatnoćom prihvatanja hipoteze od 95% i iznosi 0.38. Međutim, koeficijent korelacije između prizemnih i satelitskih merenja za prostor Srbije, takođe bez pomeraja, od 0.24 nije statistički značajan ni na jednom nivou verovatnoće prihvatanja hipoteze. Ove razlike u
vrednosti R mogle bi se objasniti time što se podaci za temperaturu vazduha odnose na različite visine. Prizemna merenja beleže temperaturu vazduha na visini od 2 metra, dok se satelitski podaci odnose na prvih 8 km troposfere.

Analiza koeficijenta korelacije za Evropu i Srbiju (tabela 3) pokazala je najvišu, statistički signifikantnu vrednost sa pomerajem od dve godine (0.559), koji se odnosi na prizemna merenja. Pomeraj od tri godine takođe daje statistički značajnu vrednost, ali nešto nižu (0.467). Vrednosti koeficijenta korelacije sa pomerajima od ±6 godina, kao i graničnim vrednostima, prikazani su na grafikonu 2.

Ovi rezultati nas navode na pomisao da se uticaj dominantnog faktora kolebanja temperature vazduha prvo pojavio u troposferi, a tek nakon toga u prizemnim slojevima. To bi možda moglo da ukazuje na značaj spoljašnjih klimatskih faktora u kolebanju temperature vazduha (Sunčeva, vulkanska aktivnost).

Poznato je da troposfera utiče na stratosferu preko Rozbijevih talasa. Ipak, koncept po kojem stratosfera utiče na troposferu manje je poznat. Poslednjih godina sve je više radova (Kuroda Y., Kodera K., 1999; Shindell T.,1999; Hartmann L. et al. 2000) u kojima se navodi da kolebanja u stratosferskom polarnom vrtlogu indirektno utiču na troposferu, širenjem troposfernih planetarnih talasa kojima se ostvaruje mehanizam povratne sprege.
Naime, Black R. (2002) je istražujući uticaj forsiranja stratosfere na klimu prizemnih slojeva, ustanovio da su tokom Arktičke oscilacije (Arctic oscillation-AO) klimatska kolebanja pod direktnim uticajem promena intenziteta polarnog vrtloga stratosfere. Tačnije, anomalije širokih razmera u donjim slojevima stratosfere uslovljavaju simetrične, zonalne, vazdušne perturbacije, koje se iz stratosfere šire prema površini Zemlje. Ovaj uticaj se manifestuje kao nizlazan privremen puls, koji potiče iz srednjih slojeva stratosfere i utiče na promenu vremenskih uslova u prizemnim slojevima. Autor navodi da bi ovaj mehanizam mogao da objasni nekoliko uočenih uticaja stratosfere na klimu prizemnih slojeva, među kojima su efekti vulkanskih erupcija, Sunčeve aktivnosti, oštećenje ozonskog omotača, kao i antropogenog efekta staklene bašte.

Graversen G. i Christiansen B. (2003) su istraživali mesečna i međugodišnja kolebanja u srednjim i višim slojevima stratosfere i troposfere, sa akcentom na razlike između dveju hemisfera. Rezultate istraživanja poredili su sa modelima opšte cirkulacije atmosfere. Iako su utvrdili nizlazna zonalna kretanja vazdušnih masa na međugodišnjem nivou na obe hemisfere, uočili su i izvesne razlike. Prvo, međugodišnje kolebanje je za oko 30% slabije na južnoj hemisferi nego na severnoj. Drugo, nizlazna kretanja na južnoj hemisferi se uglavnom javljaju tokom proleća, dok su na severnoj hemisferi najviše zastupljena u zimskoj polovini godine. Treće, veza između stratosfere i troposfere je slabija, a razmena signala brža na južnoj hemisferi nego na severnoj. Godišnji ciklus zonalnog kretanja vazdušnih masa takođe se međusobno razlikuje. Na južnoj hemisferi ciklus je jak i pokazuje nizlazno kretanje sa dvomesečnom periodičnošću. Na severnoj hemisferi godišnji ciklus je slabiji, ne pokazuje nizlazno širenje i više je sinusoidalan. Na obe hemisfere godišnji ciklus i međugodišnja kolebanja su slabija na osnovu modela nego što to pokazuju dobijeni rezultati.

Da postoji potvrda pomeraja u fazi prizemnih u odnosu na satelitske pokretne petogodišnje vrednosti odstupanja temperature vazduha za Srbiju, pokazuje i grafikon 3.

Polazeći od svega iznetog, pokušali smo i 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 to potvrđuje.

Uporedna analiza vrednosti linearnog trenda temperature vazduha za Srbiju (15-25°E i 45-50°N) pokazala je više vrednosti na osnovu prizemnih merenja na GHCN (0.034°C po godini) nego što je to slučaj sa satelitskim osmatranjima na MSU (0.024°C po godini), što se može uočiti i na grafikonu 4.

U radu je analizirana i razlika trenda temperature vazduha između MSU i GHCN (tabela 4).

Naime, vrednosti prizemnih osmatranja oduzimane su od satelitskih podataka zbog toga što se u stručnim radovima navodi da bi u uslovima dominacije antropogenog efekta staklene bašte trebalo očekivati veći porast temperature vazduha u srednjoj i donjoj troposferi nego u prizemnom sloju (Santer D. et al., 2000; NRC 2000; NAS 2001; IPCC 6). Te procene govore da bi porast trebalo da bude veći za 1.2 do 1.5 puta, zavisno od geografske širine i primenjenog modela.

Analiza podataka međugodišnje razlike trendova temperature vazduha između satelitskih i prizemnih podataka za Srbiju (tabela 4) pokazala je silazni trend (grafikon 4).
To je u skladu sa činjenicom da je trend porasta temperature u prizemnom sloju veći. Najveća negativna odstupanja zabeležena su u prvoj i poslednjoj četvrtini perioda (1982. i 2002.). Zapravo, nakon vulkanske erupcije El Čičona bila je najveća negativna razlika između prizemnih i satelitskih merenja (-1.428°C). Veće negativno odstupanje zabeleženo je i nakon erupcije Mt. Pinatuba (-1.038°C). Takođe se uočava da se razlika između GHCN i MSU po liniji trenda povećava, što nije u skladu sa modelima.

Dobijeni rezultati ne idu u prilog hipotezi o visinskoj amplifikaciji. Naprotiv, na osnovu naših proračuna dobili smo da je porast temperature nad Srbijom za 1.4 puta veći u prizemnom sloju u odnosu na donju i srednju troposferu.

Još jednom se nameće zaključak da se porast temperature nad Srbijom u periodu od 1979. do 2006. godine ne može u potpunosti objasniti modelima dominacije antropogenog efekta staklene bašte.

Analizirajući savremene promene temperature vazduha u Vojvodini na osnovu prizemnih i satelitskih podataka, Ducić V. i dr. (2008) su dobili identične rezultate za period od 1979. do 2005. Analiza je pokazala razliku u trendu temperature vazduha između ova dva osmatračka sistema. Naime, porast temperature u prizemnom sloju je pokazao veće vrednosti (GHCN 0.0384°C godišnje, HadCRUT3 0.0398°C godišnje, homogenizovani podaci za Vojvodinu-MSV 0.0425°C godišnje) u odnosu na satelitska osmatranja (UAHMSU od 0.0275°C do 0.0288°C godišnje). Autori su zaključili da su razlike u trendu temperature između merenja u donjoj i srednjoj troposferi i onih u prizemnom sloju fizička realnost.

Zaključak

Uporedna analiza vrednosti linearnog trenda temperature vazduha pokazala je više vrednosti na osnovu prizemnih merenja na GHCN nego što je to slučaj sa satelitskim osmatranjima na MSU. Podaci za linearni trend u prvih 8 km troposfere, na osnovu satelitskih osmatranja, takođe pokazuju znatno manju promenu na globalnom nivou nego za Evropu i Srbiju.
Analiza podataka međugodišnje razlike trendova temperature vazduha između satelitskih i prizemnih podataka za Srbiju pokazala je silazni trend, što je u skladu sa činjenicom da je trend porasta temperature u prizemnom sloju veći.
Najveća negativna odstupanja zabeležena su u prvoj i poslednjoj četvrtini perioda (1982. i 2002.). Zapravo, nakon vulkanske erupcije El Čičona bila je najveća negativna razlika između prizemnih i satelitskih merenja (-1.428°C). Veće negativno odstupanje zabeleženo je i nakon erupcije Mt. Pinatuba (-1.038°C). Takođe se uočava da se razlika između GHCN i MSU po liniji trenda povećava, što nije u skladu sa modelima antropogenog efekta staklene bašte.

Uočen je i pomeraj u fazi prizemnih osmatranja u odnosu na satelitska, od dve godine za Evropu i Srbiju. Analiza koeficijenta korelacije za Evropu i Srbiju pokazala je najvišu, statistički signifikantnu vrednost sa pomerajem prizemnih merenja za dve godine (0.559) u odnosu na satelitska.

Ovi rezultati su nas naveli na pomisao da se uticaj dominantnog faktora kolebanja temperature vazduha prvo pojavio u troposferi, a tek nakon toga u prizemnim slojevima. To bi možda moglo da ukazuje na značaj spoljašnjih klimatskih faktora u kolebanju temperature vazduha (Sunčeva, vulkanska aktivnost).

Na osnovu uvida u literaturu i naših rezultata istraživanja, još jednom možemo da zaključimo da su razlike u trendu temperature između merenja u donjoj i srednjoj troposferi i onih u prizemnom sloju stvarna slika termičkih odnosa.
Ipak, nužno kratak niz satelitskih osmatranja je bio ograničavajući faktor u donošenju konačnih zaključaka o uzrocima savremenih kolebanja klime.

 

Autor rada: Jelena Luković