Введение

Непосредственные измерения, предоставляющие данные о температуре климатической системы Земли и изменениях температуры в других временных масштабах.

Инструментальная запись температуры – это совокупность данных о температуре на Земле, основанная на прямых измерениях температуры воздуха и океана. Инструментальные записи температуры не используют косвенные реконструкции на основе климатических прокси-данных, таких как кольца деревьев и донные отложения. Вместо этого данные собираются с тысяч метеорологических станций, буев и кораблей по всему миру. В густонаселенных районах обычно наблюдается высокая плотность точек измерений. В отличие от этого, наблюдения за температурой более рассеяны в малонаселенных районах, таких как полярные регионы и пустыни, а также во многих регионах Африки и Южной Америки. Ранее показания термометров снимались вручную для регистрации температуры. В настоящее время измерения обычно связаны с электронными датчиками, которые автоматически передают данные. Данные о температуре поверхности обычно представляются в виде аномалий, а не абсолютных значений. Аномалия температуры представляется относительно базового значения, также называемого опорным периодом или долгосрочным средним. Например, часто используемым опорным периодом является период с 1951 по 1980 год. Самая продолжительная серия температурных данных – это данные о температуре Центральной Англии, начиная с 1659 года. Самые продолжительные квазиглобальные записи начинаются с 1850 года. Для измерения температуры в верхних слоях атмосферы используются различные методы, включая радиозонды, запускаемые с помощью метеорологических шаров, различные спутники и самолеты. Спутники могут контролировать температуру в верхних слоях атмосферы, но редко используются для измерения изменений температуры на поверхности. Температура океана на разных глубинах измеряется для дополнения глобальных наборов данных о температуре поверхности. Эти данные также используются для расчета теплового содержания океана. Данные четко показывают тенденцию к повышению глобальной средней температуры поверхности (то есть глобальное потепление), что связано с выбросами парниковых газов в результате деятельности человека. Согласно данным, полученным из нескольких независимо разработанных наборов данных, глобальная средняя температура поверхности суши и океана повысилась на 1,09 °C (диапазон: от 0,95 до 1,20 °C) с 1850–1900 по 2011–2020 годы. Инструментальные записи температуры основаны на прямых инструментальных измерениях температуры воздуха и океана, в отличие от косвенных реконструкций на основе климатических прокси-данных, таких как кольца деревьев и донные отложения океана.

Мировой рекорд 1850 года

Период, в течение которого существуют достаточно надежные инструментальные записи температуры поверхности с квазиглобальным охватом, обычно принято считать начавшимся примерно в 1850 году. Более ранние записи существуют, но они характеризуются менее плотным охватом, в основном ограничиваются Северным полушарием и используют менее стандартизированные приборы. Данные о температуре для этих записей поступают из измерений, проводимых на наземных станциях и судах. На суше температуру измеряют с помощью электронных датчиков или ртутных и спиртовых термометров, показания которых снимаются вручную, при этом приборы защищены от прямого солнечного света с использованием специальных укрытий, таких как экран Стивенсона. Морские данные состоят из измерений температуры воды, проводимых судами, в основном с помощью датчиков, установленных на корпусе, в водозаборниках двигателей или с помощью термометров, опускаемых в воду ведрами, а в последнее время также включают измерения с закрепленных и дрейфующих буев. Наземные и морские данные могут быть сопоставлены. Ответственность за проведение наземных и морских измерений, а также за калибровку приборов лежит на национальных метеорологических службах. Стандартизация методов организована Всемирной метеорологической организацией (и ранее ее предшественницей – Международной метеорологической организацией). Большинство метеорологических наблюдений используются для составления прогнозов погоды. Такие центры, как Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды, демонстрируют актуальную карту своей зоны охвата, а Центр Хэдли – карту средней зоны охвата за 2000 год. Зона охвата в начале 20-го и 19-го веков была значительно меньше. Несмотря на то, что изменения температуры варьируются по величине и направлению в разных местах, данные из разных точек объединяются для получения оценки глобального среднего изменения.

Абсолютные температуры в. аномалии

Записи глобальной средней температуры поверхности обычно представляются в виде аномалий, а не абсолютных температур. Аномалия температуры измеряется относительно базового значения (также называемого базовым периодом или долгосрочным средним). Например, часто используемым базовым периодом является 1951–1980 годы. Следовательно, если средняя температура за этот период составляла 15 °C, а текущая измеренная температура равна 17 °C, то аномалия температуры составляет +2 °C. Аномалии температуры полезны для определения средних температур поверхности, поскольку они, как правило, сильно коррелируют на больших расстояниях (порядка 1000 км). Иными словами, аномалии отражают изменения температуры на больших площадях и расстояниях. Для сравнения, абсолютные температуры значительно варьируются даже на небольших расстояниях. Набор данных, основанный на аномалиях, также будет менее чувствителен к изменениям в сети наблюдений (например, открытие новой станции в особенно жарком или холодном месте), чем набор данных, основанный на абсолютных значениях. Средняя абсолютная температура поверхности Земли за период 1961–1990 годов была получена путем пространственной интерполяции средних наблюдаемых температур воздуха вблизи поверхности суши, океанов и морского льда, при этом наилучшая оценка составляет 14 °C (57,2 °F). Оценка является неопределенной, но, вероятно, находится в пределах 0,5 °C от фактического значения.

Внутренняя изменчивость климата и глобальное потепление

Одним из вопросов, поднятых в СМИ, является мнение, что глобальное потепление "остановилось в 1998 году". Эта точка зрения не учитывает наличие внутренней климатической изменчивости. Примером внутренней климатической изменчивости является явление Эль-Ниньо – Южная осцилляция (ENSO). Эль-Ниньо в 1998 году был особенно сильным, возможно, одним из самых сильных в XX веке, и 1998 год на тот момент был самым теплым годом за всю историю наблюдений с большим отрывом. Охлаждение в период с 2007 по 2012 год, например, вероятно, было вызвано внутренними механизмами климатической изменчивости, такими как Ла-Нинья. Область пониженных по сравнению со средними температур поверхности моря, характеризующая условия Ла-Нинья, может приводить к снижению глобальных температур, если это явление достаточно сильное.

Спутниковые температурные данные

Наиболее современные результаты моделирования климата дают различные прогнозы изменений глобальной средней температуры. Некоторые модели показывают большее потепление в тропосфере, чем у поверхности Земли, тогда как несколько меньшее число симуляций демонстрирует обратную картину. Нет принципиальных противоречий между этими результатами моделирования и наблюдениями в глобальном масштабе. Ранее спутниковые данные указывали на значительно меньшие темпы потепления в тропосфере, что считалось расхождением с предсказаниями моделей; однако, после корректировки спутниковых данных, наблюдаемые тенденции стали сопоставимы.

Расположение станций измерения температуры

Национальная служба погоды США установила минимальные стандарты, касающиеся приборного оснащения, размещения и представления данных с наземных метеорологических станций. Доступные системы наблюдения способны регистрировать изменения температуры от года к году, например, вызванные явлениями Эль-Ниньо или извержениями вулканов. Другое исследование, завершенное в 2006 году, показало, что существующие эмпирические методы проверки локальной и региональной согласованности данных о температуре достаточны для выявления и устранения систематических ошибок в данных станций, и что такие корректировки позволяют сохранить информацию о долгосрочных тенденциях. Исследование 2013 года также установило, что влияние городской застройки может быть учтено, и при разделении всех доступных данных станций на группы для сельской и городской местности, обе температурные выборки демонстрируют общую согласованность.

Тенденции и прогнозы

Каждый из семи лет в период с 2015 по 2021 год был значительно теплее, чем любой год до 2014 года, и ожидается, что эта тенденция сохранится в будущем (то есть рекорд 2016 года будет превышен до 2026 года и так далее). Десятилетний прогноз Всемирной метеорологической организации, опубликованный в 2021 году, указывает на 40-процентную вероятность того, что в период с 2021 по 2025 год температура превысит 1,5 °C. При очень низком сценарии выбросов парниковых газов глобальное потепление, вероятно, достигнет 1,0–1,8 °C к концу XXI века. В промежуточном сценарии глобальное потепление достигнет 2,1–3,5 °C, а при очень высоком сценарии выбросов парниковых газов – 3,3–5,7 °C.

Региональные изменения температуры

Изменения климата не ожидаются равномерными по всей Земле. В частности, суша будет меняться быстрее, чем океаны, а высокие северные широты – быстрее, чем тропики. Глобальное потепление повлияет на региональный климат тремя основными способами: таянием льдов, изменением гидрологического цикла (испарения и осадков) и изменением океанических течений.