Kuinka monta lämpötilan mittauspistettä on maapallolla?
Lisäkysymys: Monestako lämpötilanmittauspisteestä kootaan tiedot IPCC:n raportteihin, kun maapallon keskilämpötilaa lasketaan. Mitataanko samoista pisteistä auringon lämpösäteily ja pilvisyys?
Ilman lämpötila on tärkeä säätilaa kuvaava suure niin sääennustetta seuraavan ihmisen kannalta kuin tietyn alueen ilmastoa kuvattaessa. Siksi se onkin myös yksi mitatuimmista ilmastomuuttujista eli suureista millä ilmastoa voidaan kuvata. Kuitenkin maanpintahavaintojen kattavuus vaihtelee maailmalla ja se riippuu väestöntiheydestä, maa-meri-jakaumasta sekä yhteiskunnallisista tilanteista. Verrattuna esimerkiksi sademäärän mittaukseen virallisten lämpötilamittausten kattavuus ja edustavuus on hyvä. Vaikka mittausasemia on tällä hetkellä suuri määrä, on maapallolla alueita joiden lämpötilasta ja sen vuotuisista vaihteluista tarvittaisiin lisää tietoa. Useat näistä alueista ovat merillä, nykyisten laivaliikenneväylien ulkopuolella.
Ilman lämpötila mitataan Maailman ilmatieteellisen järjestön (WMO) suositusten mukaisesti 1,2–2 metrin korkeudelta maanpinnasta sijaitsevassa, auringonsäteilyltä suojatussa havaintokojussa. Yleisesti Pohjoismaissa ja muissa lumisissa paikoissa on tapana tehdä mittaukset noin kahden metrin korkeudessa ettei koju jää lumen peittämäksi. Lähempänä päiväntasaajaa alemmat mittauskorkeudet ovat yleisempiä. Lämpötilahavaintoja tehdään sekä maanpinnan että meren yltä (seilaavat ja ankkuroidut poijut sekä laivoihin asennetut anturit). Näiden suorien “in-situ” mittausten lisäksi tietoa maapallon lämpötilasta saadaan johdettua satelliittimittauksista. Myös lämpötilan pystyprofiilia eli lämpötilaa eri korkeuksilla ilmakehässä voidaan mitata radioluotausten (“sääpallohavaintojen”) ja satelliittien avulla.
WMO:n mukaan pintamittausten tietoja kerätään yli 10 000 mittausasemalta vähintään 3 h välein, useimmiten tunneittain. Tietysti näiden asemien lisäksi on olemassa myös useita muita mittauspisteitä, esimerkiksi tutkimus- ja yksityiskäytöissä, joissa mittaukset tehdään WMO standardien mukaisesti. En uskalla heittää edes arviota siitä kuinka monessa pisteessä lämpötilaa ylipäätä mitataan, jos otetaan huomioon kaikki mahdolliset ilman lämpötilaa mittaavat laitteet teollisuudessa, tutkimuksessa ja kotitalouksissa, mm. kaikki elektronisissa laitteet (autot, kännykät, älykellot jne). Lisäksi laskuun voisi ottaa mukaan myös satelliittien mittaamista säteilysuureista johdetut ilman lämpötilat.
Alla WMO:n ylläpitämältä OSCAR sivustolta kuva mittausasemien maantieteellisestä kattavuudesta. Siniset pisteet: maanpinta- tai merenpintamittaus, vihreät pisteet: pinnan alainen mittaus (veden lämpötila).
Alla oleva kuvat ovat European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) teknisestä raportista. Synop ja Metar asemien maantieteellinen kattavuus ja lukumäärä vuonna 2018.
Lähteet:
OSCAR (Observing System Capacity and Analysis Review tool), World Meteorological Organization https://oscar.wmo.int/surface//index.html#/
Haiden, T., et al., Use of in situ surface observations at ECMWF, ECMWF Technical Memorandum 834, Forecast & Research Department, Nov 2018. https://www.ecmwf.int/sites/default/files/elibrary/2018/18748-use-situ-surface-observations-ecmwf.pdf
Vastaus jälkimmäiseen kysymykseen:
Maapallon keskilämpötila voidaan määrittää monella eri menetelmällä eikä ole yhtä oikeaa tapaa. Se voi perustua ilman lämpötilan pintahavaintoihin, satelliiteista johdettuihin arvoihin ja/tai tietokonemallien tuloksiin. Suoriin, eri mittausasemilta peräisin oleviin ilmanlämpötilahavaintoihin perustuvia maapallon keskilämpötilan määritelmiäkin on monia. Yhteistä näillä kaikilla on se, että niissä yhdistetään maanpinnan ja meren yllä tehdyt havainnot painottamalla niitä alueellisen kattavuuden mukaan. Menetelmät eroavat toisissaan tavassa, miten mittaukset yhdistetään toisiinsa ja mistä asemilta mittaukset ovat peräisin.
Mittauspisteiden määrän sijaan ratkaisevassa asemassa luotettavan arvion saamiseksi on niiden alueellinen kattavuus ja se miten käsitellään alueet joilta mittauksia ei ole saatavissa. IPCC raporteissa käyttetään kolmea eri tieteellisesti perusteltua menetelmää maapallon keskilämpötilalle, joissa kaikissa huomioidaan havainnoista vain luotettavat mittauspisteet, asemat joista on saatavissa tarpeeksi laadukasta tietoa. Esim. havaintoja ei huomioida niiltä Maailman Ilmatieteellisen Järjestön (WMO) standardien mukaisilta Synop- tai Metar-asemilta, jotka eivät lähetä tietojaan tarpeeksi usein ja hyvällä luotettavuudella. Kyseiset asemat, joita on olemassa yhteensä yli 10 000, mittaavat ilman lämpötilaa, auringon säteilysuureita, tuulta ja pilvisyyttä.
Maapallon keskilämpötila on siis yksinkertainen käsite jonka määrittäminen on monimutkaista.
Lisätietoa:
-
Carbon Brief: Explainer: How Do Scientist measure Global Temperature
-
IPCC WG1 AR5 Chapter 2: Observations: Atmosphere and Surface , pages 192–193.
Ja sitten vielä kinkkisempi jatkokysymys. Kuinka varmistetaan ettei rakennetun ympäristön säteilemä hukkalämpö vääristä käytettyjen vanhojen mittauspisteiden uusia vertausmittausarvoja? Lämpötilan nousu alailmakehässä rakennetun ympäristön lähellä ei kuvaa parhaalla tavalla koko pallon kehitystä.
Joku voi väittää ettei sitä tarvitsi huomioida mutta arvioitaessa ilmastonlämpenemistä mittaustulosten vääristymää korostavat seikat on syytä huomioida ihan uskottavuuden kannalta.
Alkuperäiseen kysymykseen mittauspisteiden määrästä. Niiden määrä putosi ja maantieteellinen kattavuus romahti neuvostoliiton hajottua samalla alettiin puhua painokkaasti mediassa kasvihuoneilmiöstä!
Suoriin, eri mittausasemilta peräisin oleviin ilmanlämpötilahavaintoihin perustuvia maapallon keskilämpötilan määritelmiäkin on monia.
Maapallon keskilämpötila on siis yksinkertainen käsite jonka määrittäminen on monimutkaista.
Eikö ylläolevasta pikemminkin seuraa, että maapallon keskilämpötila EI ole yksinkertainen käsite? Jos määritelmiäkin on useita, niin eihän se ole edes yksikäsitteisesti määritelty suure.
Keskilämpötilan mittaamisen haasteet on oma lukunsa, mutta mitä suureella tarkoitetaan tarkkaan ottaen? Esim. tuolla NOAA:n sivuilla viitatussa Smith’n paperissa (J of Climate, 21 , 2283 (2008)) yhdistetään tietoja meren pintalämpötilasta (SST, sea surface temperature) ja ilman lämpötilasta maanpinnan lähellä (LST, land–near-surface temperature). Onko maapallon keskilämpötilassa edes kyse ilmalämpötilan keskiarvosta? Esim. meren jäätyessä SST voi poiketa paljonkin ilman lämpötilasta.
Smith’n paperissa ei itse asiassa määritetä fysikaalista lämpötilaa vaan lämpötilan anomaliaa (poikkeamaa normaalista?). Miksi näin, ja miten referenssitaso on määritetty? Lämpömittarit kuitenkin mittaavat fysikaalista lämpötilaa eikä anomaliaa. Mistä saadaan uusille asemille referenssitaso?
Mitä epävarmuuksia keskilämpötilan laskennassa huomioidaan? Ainakin NOAA:n MLOST-datasetissä varianssi aiheutuu lähinnä bias-komponentista, mikä vaikuttaisi kompensoivan mittausten systemaattisia epävarmuuksia. Miten huomioidaan itse menetelmän epävarmuudet, kun suuri osa datasta meri- ja harvaan asutuilla alueilla joudutaan arvioimaan numeerisesti?
Onko Suomessa on tutkijoita, jotka laskevat itse omat estimaattinsa globaalille lämpötilalle?