ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

1. ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Εργασία στο μάθημα: Στοιχεία Φυσικής Περιβάλλοντος Θέμα: ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΤΗΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ Επιμέλεια: Βασιλική Ασβεστά Θεσσαλονίκη 2004

2. Στοιχεία ανίχνευσης και απόδοσης • Μια τέτοια μελέτη χρειάζεται: • Καταγραφές δεδομένων μακράς διάρκειας • Επαρκή κάλυψη δεδομένων • Καλή ποιότητα μετρήσεων • Χρήση επιφανειακών θερμοκρασιών • Δύσκολη η καταγραφή της εσωτερικής μεταβλητότητας: • Μικρές καταγραφές 30-50 χρόνων • Μη επαρκής κάλυψη για μεγαλύτερες καταγραφές • Ύπαρξη ανθρωπογενών επιδράσεων

3. Υπολογισμοί με χρήση παλαιο-κλιματικών δεδομένων • Ανασυγκροτήσεις: Νέα πηγή πληροφοριών • Σημαντική πρόοδος, διαθέσιμες χωρικές & χρονικές αναλύσεις • Περιορισμένη κάλυψη, χρονική ανομοιογένεια, προλήψεις • Εφαρμογή: έλεγχος μετρήσεων για πιθανή υποεκτίμηση μεταβλητότητας

4. Διακύμανση μέσης παγκόσμιας επιφανειακής θερμοκρασίας • =παρατηρήσεις 1-10 χρόνων • = αβεβαιότητα, υποεκτίμηση • = <10ετιες, ανθρώπινη επίδραση

5. Μεταβλητότητα της ελεύθερης ατμόσφαιρας • Συμφωνίες δεδομένων ατμόσφαιρας και ραδιοβολίδας (εκτός στρατόσφαιρας, υποεκτίμηση μη παραγωγή μεθόδων μεταβολής, QBO) • Μικρότερη μεταβολή σε τάξεις 10ετιων, θεώρηση ανθρωπογενών επιδράσεων (θερμοκηπίων αέριων (G), θειικών αλάτων (S), στρατοσφαιρικού Ο3(O3)) • Σημαντικός ο ρόλος του Ήλιου Σύγκριση μεταβλητότητας μοντέλων και παλαιών δεδομένων • Απεικονισμένη διακύμανση μοντέλου < από υπολογισμένα στοιχεία • Αύξηση διασποράς με παλαιά δεδομένα • Παράλειψη φυσικής μεταβολής= αιτία ασυμφωνίας • Μείωση αβεβαιότητας με παράλειψη ηφαιστείων, και χρήση ελεγχόμενων απεικονίσεων εσωτερικής μεταβλητότητας

6. Κλιματικές επιδράσεις και αποκρίσεις • Ανάγκη κλιματικών μοντέλων: • Η φυσική & ανθρωπογενής επίδραση βρίσκονται με γνώση της χωρικής & χρονικής κατανομής κάθε παράγοντα • αδύνατος υπολογισμός από μετρήσεις οργάνων • Μοντέλα που χρησιμοποιούνται: • Ισορροπίας ενέργειας (ΕΒΜ) → χρήση Τεπιφ , φθηνό, αθόρυβο, όχι καλό (παράλειψη σημαντικών διαδικασιών ανάδρασης) • (AOGMS) η (GMS) → κλιματική απόκριση σε εσωτερική& εξωτερική επίδραση επιρροή από θόρυβο πηγής • Διαφορετικά μοντέλα: διαφορετική απόκριση για ίδια επίδραση

7. Σχέση μεταξύ πρότυπων επίδρασης και απόκρισης • Αναδράσεις (εξάτμιση θάλασσας, πάγου→ μείωση θερμοκ. απόκρισης) • ↑ απόκριση πάνω από Αρκτική (ανακλαστικότητα) • Μεταβολές μεγάλης κλίμακας αντίθετες εκείνων των G • Οι αλλαγές δρουν καλύτερα στην επιφάνεια και σε μεγαλύτερα γ. πλάτη • Ένα σήμα μπορεί να είναι ίδιο για διαφορετικές επιδράσεις (εκφυλισμός- G, ηφαίστεια) • Κάθετα δείγματα λιγότερο εκφυλισμένα λόγω G

8. Φυσικές κλιματικές επιδράσεις • Ηφαιστειακή επίδραση: • Επίδραση από αιωρούμενα σωματίδια (Pinatubo) • Διπλάσια αβεβαιότητα για ανασυγκροτήσεις παλαιών δεδομένων (πριν από δορυφόρους) • Ηλιακή επίδραση: • Ακριβής μελέτη επίδρασης 11ετους κύκλου • Έμμεση επίδραση διακύμανσης ηλιακής ακτινοβολίας • Μικρές μεταβολές→αύξηση επίδρασης 0,7Wm-2 • μεταβολές λόγω Ηλιου=20-25% του G • Αύξηση κλιμ. αλλαγών στις αρχές του 20ου, • μείωση στα τέλη (↑ ηφ. και ηλ. δραστηριότητα)

9. Απόκριση στις Φυσικές κλιματικές επιδράσεις • Απόκριση στην Ηφαιστειακή επίδραση: • Θέρμανση στρατόσφαιρας • Μείωση μέσης Τεπιφ μετά από έκρηξη • Κυκλικότητα: θέρμανση την ψυχρή περίοδο • Ψύξη 1980-1999 λόγω ηφαιστείων • παγκόσμια αποτελέσματα

10. Απόκριση στην Ηλιακή επίδραση: • Μικρή απόκριση στο 11ετη κύκλο • Ψύξη: 1800 λόγω ελάχιστου ηλ. επίδρασης θέρμανση 20ο αιώνα: 0,2-0,15 Οc • Μεταβολές Ο3 λόγω 11ετους -επιρροή Τεπιφ • Συσχέτιση Τ μέσης –ανωτ ατμόσφαιρας με ηλιακό δείκτη τελ. 40 χρόνων • Ηλ. Κυκλος επηρεάζει νέφωση- Τεπιφ • Ίδια συμπεριφορά για ηλ. επίδραση και G • Κάθετη απόκριση: θέρμανση τροπόσφαιρας, ψύξη στρατόσφαιρας • Παραλείπονται επιδράσεις από μήκος κύματος και ηλιακές ταλαντώσεις

11. Μελέτες που συνδέουν τις επιδράσεις και τις αποκρίσεις μέσω μεθόδων συσχέτισης • Συσχέτιση ηλ. και ηφ επίδρασης στην ημισφαιρική και παγκόσμια εξέλιξη Τ • Οι μεταβολές Τ επηρεάζονται από μεταβολές φυσ. επιδράσεων • Mann: συσχέτιση μόνο ηλ. επίδρασης, χρήση παλαιών δεδομένων • Φυσ. επιδράσεις σημαντικές αλλά G υπεύθυνα για 20ο αιώνα • Μέθοδος συσχετίσεων: αποφυγή εμφάνισης πλαστών εξελίξεων

12. Ανθρωπογενης επίδραση • SAR: μεταβολές G-(CO2), S, O3 • Περισσότερα:μεμονωμένα G, κύκλο θειούχων ενώσεων, σκέδαση από αεροζόλ • Όχι αιθάλη, σκόνη μέταλλων, βιογενη αεροζόλ • Ακυρώσεις αποτελεσμάτων σε τοπική κλίμακα • Μέση παγκόσμια ανθρωπογενης επίδραση: • Μεγαλύτερη αλλαγή από προβιομηχανική περίοδο, λόγω G. • Προς τα κάτω ροή τροπόπαυσης • Αύξηση τροποσφαιρικου όζοντος, μείωση στρατοσφαιρικου • Έμμεση επίδραση αεροζόλ

13. Πρότυπα ανθρωπογενων επιδράσεων • Τα πρότυπα ποικίλουν • Επίδραση από G: κύμανση 5wm-2 (υποτροπικές)- 1 wm-2(β.πολοι) • Θέρμανση λόγω ↑τροπ. O3 σε τροπικές και βόρειες υποτροπικές • ↓ στράτ. O3 → αρν. επιδράσεις 0,5 wm-2(Ανταρκτική) • Προσωρινές διακυμάνσεις στις επιδράσεις: • Νέες μελέτες: +χωρικές μεταβολές κλιμ. απόκρισης • Ραγδαία επίδραση από G τελευταία • ↑ εκπομπές S μέχρι 1ο παγκόσμιο→εξίσωση→πιο ραγδαία 1950 • Μείωση στράτ. Όζοντος τελ. 2-3 δεκαετίες

14. Η κλιματική απόκριση στην ανθρωπογενη επίδραση • Μοντέλα με μόνο ↑ G → θέρμανση το τελ μισό 20ου • Μοντέλα με μόνο αεροζόλ: μείωση τάξης θέρμανσης • Παρόμοια απόκριση με όζον & θειικά άλατα • Απόκριση Τεπιφ στην ανθρωπογενη επίδραση • Μεγαλύτερη θέρμανση σε ξηρά • Μικρή σε Νοτ& Βόρειο Ατλαντικό (αναμείξεις μεγάλου βάθους) • ↑θέρμανση σε μεγάλα γ. πλάτη τον Χειμώνα (υποχώρηση πάγων) • Μηδενική το καλοκαίρι • Μεταβολή από μοντέλο σε μοντέλο

15. Απόκριση της κάθετης κατανομής θερμοκρασίας • στην ανθρωπογενη επίδραση • ↑ Τ (θέρμανση τροπόσφαιρας- ψύξη στρατόσφαιρας) • ↓στρατοσφαιρικου οζοντος- ψύξη στρατόσφαιρας σε μεγάλα ύψη • Ανθρωπογενη θειικά άλατα→ψύξη τροπόσφαιρας

16. Σημαντικά στατιστικά αποτελέσματα • Μέθοδος παλινδρόμησης (γραμ συνδυασμών παρατηρ. -σημάτων) (αβεβαιότητα από μεταβλητότητα παρατηρήσεων) • Μέθοδος συσχετισμού • Προέλευση σημάτων από μοντέλα • Απόδοση και Συνοχή • Απαιτείται συνοχή ευρων σημάτων • Heggert& Tett: τεστ συνοχής πλάτους για ανίχνευση ασυνέχειας παρατηρούμενων ευρων- μοντέλου • Στατιστική Bayesian:ευρη σημάτων από κλιμ. αλλαγή πιο κοντά στην πραγματικότητα

17. Θερμοκρασιακές και χωρικές κλίμακες για μελέτες ανίχνευσης • Διαθέσιμες απεικονίσεις μακράς διάρκειας • Πρόσφατα από 300-2000 χρόνια • Επιλογή διαστημάτων μελέτης ώστε καλά σήματα και αξιόπιστους υπολογισμούς εσωτ. μεταβλητότητας • Διορθωμένα πρότυπα απόκρισης • Πριν το SAR, χρήση διορθωμένων προτύπων ανεξάρτητων χρόνου • Τελ. χρόνια: εύκολος διαχωρισμός ανθρ. σημάτων & από άλλες πηγές • Tett& Scott: προσέγγιση χώρου- χρόνου • North& Stevens: χώρου- συχνότητας

18. Ποιοτική σύγκριση παρατηρούμενης κλιμ. αλλαγής • και εκείνης που προκύπτει από μοντέλο • Συνέχειες και ασυνέχειες κλιμ. αλλαγών • Μελέτες μεταβολής κλιμ. αλλαγών με 1) υψηλές αναλογίες σημάτων -θορύβου, 2) μεγάλη κάλυψη παρατήρησης, 3) συνεχή σήματα από διαφορετικά μοντέλα 4) Τεπιφ ανωτ. ατμόσφαιρας • Ποιοτική συνέχεια παρατηρούμενης κλιμ.αλλαγης (μη αξιόπιστη για ανθρωπογενη επίδραση)

19. Θερμικοί δείκτες • Τεπιφ • Μεγάλη θέρμανση τα τελ. 40 χρόνια (αν εσωτ. μεταβλ >από εκείνη του μοντέλου: προέλευση από εξωτ. παράγοντες) • 6 τελευταία χρόνια: ↑G →↑θέρμανσης • Αλλαγή μέσης πάγκ. Τ: λόγω ανθρωπογενων παραγόντων • Πλαστή συμφωνία απόκρισης οργάνων & παρατηρήσεων • Άλλοι θερμικοί δείκτες • Θέρμανση σε υπόγειες, υποθαλάσσιες περιοχές • Υποχώρηση παγετών • Μείωση Αρκτικού ωκεανού

20. Σύγκριση τάσεων ελεύθερης και επιφανειακής ατμόσφαιρας • Παρατηρήσεις: θέρμανση (όχι ραγδαία) κατώτ. ατμόσφαιρας 1970-1990 αδύνατη εύρεση ασυμφωνίας αλλαγών Τ από δορυφόρους • 40 τελ. χρόνια: τάσεις θέρμανσης κατωτ. τροπόσφαιρας και επιφάνειας • Περιμένουμε: θέρμανση τον Χειμώνα στην κατωτ. τροπόσφαιρα, αυξημένη αναλογία θέρμανσης στην μέση τροπόσφαιρα προς την επιφάνεια, υποεκτίμηση της ευαισθησίας κλίματος σε παγκόσμιες διαταραχές. • Στρατοσφαιρικες τάσεις • Ψύξη κατώτερης στρατόσφαιρας & μέσης- ανώτερης στρατόσφαιρας -λόγω ανθρωπογενων επιδράσεων (↑ θερμοκηπικων αερίων) -λόγω αύξησης των υδρατμών

21. Υδρολογικοί δείκτες • Μικρότερη αξιοπιστία από της Τεπιφ • Συμφωνία: μέσου υετού σε τροπικές περιοχές και μεταβολές της ENSO ↑ υετού σε μεγάλα γ. πλάτη με μοντέλα ↑αλμυρότητας θάλασσας Νοτ. Ωκεανού, με ↑ υετού εκεί ↑ έντασης υετού σε τροπ. περιοχές→ μεταφορά καιρού • Κυκλικότητα • Ζωνικα συμμετρικοί τρόποι μεταβλητότητας της ατμ. κυκλικότητας • Σχετίζεται με ↓ επιφανειακή τάση σε μεγάλα γ. πλάτη • Πιο δυνατοί στρόβιλοι στους πόλους, Χειμώνα, κατωτ. στρατόσφαιρα Θέρμανση τον Χειμώνα στις δυτ. περιοχές • Κυκλικές αλλαγές λόγω: 1) θερμοκηπικων αέριων 2)↓ στρατ. όζοντος 3) ηφαίστεια

22. Ποσοτική σύγκριση παρατηρ. και διαμορφωμένης αλλαγής κλίματος • Σημαντική πρόοδος • Ανεξάρτητα αποτελέσματα από υποθέσεις • Εκτίμηση αλλαγών μέχρι 1950 • Απλές και περίπλοκες τεχνικές ανίχνευσης • Απλοί δείκτες και μέθοδοι time-series • Δείκτης: μέση παγκόσμια Τεπιφ από καταγραφές τελ 140 χρόνων ή ανασυγκροτήσεις • Εξέταση της χωρικής κατανομής των τάσεων ή πολύπλοκες τεχνικές ανάλυσης time-series για τον χαρακτηρισμό συμπεριφοράς παγκόσμιων- ημισφαιρικών και ζωνικων μέσων θερμοκρασιών.

23. Χωρικά πρότυπα της Τεπιφ • Σύγκριση παρατηρηθεντων- απεικονισμένων τάσεων • Συμφωνία παρατ- απεικ. τάσεων: > όταν θεωρούμε G&S • Αιτία θέρμανσης τα πρώτα χρόνια : Ανθρ. επίδραση και εσ. μεταβλητότητα

24. Δομές συσχέτισης στην Τεπιφ • Εξέταση μέσω ημισφαιρικών θερμοκρασιών • Απλοί δείκτες (ανεξάρτητοι μέσης πάγκ. Τεπιφ: 1)αντίθεση ξηράς- θάλασσας 2) μέγεθος εποχιακού κύκλου • Οι παρατηρούμενες τάσεις στους δείκτες εμφανίστηκαν λόγω ανθρωπ. αλλαγής κλίματος • Στατιστικά πρότυπα time-series • Εξάρτηση από στατιστικές ιδιότητες χρονοσειρων • Tol& Vos: σχηματισμός ιεραρχίας μοντέλων χρονοσειρων Τεπιφ→ δυνατή στατ. σχέση CO2 & T • Water: η θέρμανση περασμένου αιώνα λόγω ↑ G = 0,9-1,3 οC • Συμφωνία προτύπων χρονοσειρων με παρατηρήσεις

25. Μέθοδοιπροτύπων συσχετισμού • Οριζόντια πρότυπα • Προτιμούνται γιατί: 1) απλά, 2) δεν επηρεάζονται από λάθη στο εύρος του πρότυπου χωρικής απόκρισης 3) λιγότερο ευαίσθητα σε τεχνικές ανίχνευσης με οπισθοδρόμηση • Σκοπός: Χρήση διαφορών αποκρίσεων προτύπων μεγάλων κλιμάκων για τον διαχωρισμό των αιτιών κλιμ. αλλαγών • Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα μεθόδων συσχετισμού • κεντρωμένα (ομοιότητα 2 προτύπων μετά από μεταβολή Τ) • Στατ. μοντέλα μη κεντρωμένα (ομοιότητα 2 πρότυπων χωρίς μεταβολή Τ) • Κεντρωμένοι: δεν χρησιμοποιούνται (μικρή απόδοση- δεν θεωρούν εύρος ανθρ. σημάτων) • Wingley: ιδανικές συνθήκες: ευκολότερη η ανίχνευση συνδυασμού G&S

26. Μέθοδοι προτύπων συσχετισμού • Κάθετα πρότυπα • ↑G→ αλλαγή κατακόρυφης δομής • Senter: απεικόνισης ισορροπίας με G,S,O • AOGMS: υπολογισμός εσ. μεταβλητοτητας • Μεγαλύτερη συμφωνία όταν συμπεριλαμβάνονται και οι 3 παράγοντες • Ερμηνεία αποτελεσμάτων • διάσπαση Ο3→ ψύξη Βορ. Ημισφαιρίου • Περιμένουμε η ↓Ο3 να παράγει ψύξη και όχι θέρμανση τροπόσφαιρας • Θέρμανση Νοτ Ημισφαιρίου λόγω ηφαιστείου Mount Agung • Η διαφορά αναλογίας θέρμανσης Βορρά -Νότου συνάρτηση χρόνου, μοντέλων επιδράσεων από G,S.

27. Βέλτιστες μέθοδοι αποτυπωμάτων • ↑ ανιχνευσιμοτητας κλιμ. αλλαγών →↑αναλογίας σήματος- θορύβου • Νέες μέθοδοι από το SAR (ανίχνευσης Τεπιφ και άλλων δεδομένων) • Η απόδοση απαιτεί πολλά σήματα ταυτόχρονα

28. Μελέτες βέλτιστης ανίχνευσης με χρήση διορθωμένων πρότυπων • Πρότυπα Τεπιφ • Τα ευρη σε συμφωνία με μοντέλο και παρατηρήσεις (όταν συνυπάρχουν) • αμελητέα απόκριση σε φυσ. επιδράσεις ηφαίστεια & Ηλιακή επίδραση • Όλες οι μελέτες: συνεισφορά ανθρωπογενων θερμ. αερίων στην αλλαγή 2ου μισού 20ου αιώνα

29. Κάθετα πρότυπα θερμοκρασίας • Χωρικά αποτυπώματα κάθετης κατανομής από G και GSO • Hill: + ηφαίστεια και Ήλιο→ και πάλι απόκριση G • Εκτός από απόκριση G, χρειάζεται και εσ. μεταβλητότητα για τάση Τ • Τα S εξαρτώνται από μοντέλο αλλά καλύτερα αποτελέσματα • Πιθανή συμβολή Ήλιου στη θέρμανση στις αρχές του αιώνα • Χωρο-χρονικές μελέτες • Ενσωμάτωση χρονικής εξέλιξης σημάτων στην βέλτιστη ανίχνευση • Πρότυπα από ιστορικές κλιμ. αλλαγές 20ου αιώνα • Ισχυρότερη προσέγγιση ανίχνευσης • Χρονικές μεταβολές είτε άμεσα (χρόνο) είτε έμμεσα (συχνότητα)

30. Επιφανειακή θερμοκρασία • Σήματα: γραμμική απεικόνιση 1906-1956, 1946-1996 • 4 σενάρια κλιματικών απεικονίσεων G, G&S,ηλιακή ακτινοβολία μικρής f, ηφαιστειακή • Δυσκολίες: εκφυλισμένα σήματα • Δεν επηρέασε η ηλιακή ακτινοβολία τη θέρμανση του 1906-1956 • Μικρή επίδραση ηφαιστείων • Η φυσική επίδραση δεν εξηγεί μόνη της τα αποτελέσματα • 1/5 μελέτες με ανθρωπογενεις επιδράσεις επηρεάζουν την μέση παγκόσμια θερμοκρασία

31. Εκτίμηση της αβεβαιότητας στις προβλέψεις • Χρήση παραγόντων κλιμάκωσης: πρόβλεψη μελλοντικών αλλαγών • Καλύτερες προβλέψεις: μοντέλων • Συμφωνία, 0,1-0,2 οC/δεκαετία • ΑΟGMS:0,12-0,22 οC/δεκαετίας • ↓παγκοσμιων εκπομπών S→παγκ. Θέρμανση • Μικρές τιμές ευαισθησίας (<1οC) αποκλείονται • Άλλες προσεγγίσεις χώρου-χρόνου • North& Stevens: μέθοδος χώρου-συχνότητας, 100 έτη Τεπιφ, G,S,ηλ,ηφ • Κιm& Wu: μεγαλύτερη χρονική ανάλυση- καλύτερη ανίχνευση • Δείχνουν την ανθρωπογενη επιρροή στο παγκόσμιο κλίμα ακόμη και αν τα σήματα είναι φυσικά αμελητέα

32. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ • Οι Αναλύσεις βασισμένες μόνο σε ανθρωπογενη σήματα δείχνουν ότι: • Οι αλλαγές τελ 30-50 χρόνια δεν οφείλονται σε εσ. μεταβλητότητα • Η απόκριση σε G& S συμφωνεί περισσότερο από την απόκριση της G • Η καλύτερη απεικόνιση στρατ. Ο3→καλύτερη απόκριση κάθετης κατανομής • Οι Αναλύσεις βασισμένες σε ανθρωπογενη και φυσικά σήματα δείχνουν ότι: • Ο συνδυασμός εξ. επιδράσεων -έσωτ. μεταβλητότητας – όχι αλλαγή του χωροχρονικου πρότυπου τα τελευταία 30-50 χρόνια • Ανθρωπογενη G δεν συνεισέφεραν στην θέρμανση του 2ου του 20ου αιω. • Η συνεισφορά των ανθρωπογενων S δεν έχει εξακριβωθεί. • Η φυσική εξωτερική επίδραση επηρέασε την παγκόσμια κλίμακα Θερμοκρασίας στις αρχές του 20ου.