رکورد دمای ابزاری به مجموعهای از اندازهگیریهای مستقیم دمای هوا و اقیانوس گفته میشود که با ابزارهایی مانند دماسنجها، حسگرهای الکترونیکی، شناورها، کشتیها و ماهوارهها ثبت شدهاند. این دادهها با بازسازیهای غیرمستقیم مبتنی بر دادههای جانشین اقلیمی، مانند حلقههای درختان و رسوبات کف اقیانوس، تفاوت دارند.
رکورد دمای ابزاری چیست؟
در این روش، دمای سطح زمین با مشاهده مستقیم ثبت میشود؛ نه از راه حدسزدن بر پایه شاخصهای طبیعی قدیمی. هزاران ایستگاه هواشناسی، شناور اقیانوسی، کشتی و ماهواره در سراسر جهان دادههای دمایی را گردآوری میکنند.
در گذشته، دماسنجهای جیوهای یا الکلی بهصورت دستی خوانده میشدند، اما امروزه بخش بزرگی از اندازهگیریها با حسگرهای الکترونیکی انجام میشود و دادهها بهصورت خودکار منتقل میشوند.
طولانیترین مجموعه داده دمای منطقهای، دادههای دمای مرکز انگلستان است که از سال ۱۶۵۹ آغاز میشود. طولانیترین رکوردهای شبهجهانی نیز از حدود سال ۱۸۵۰ شروع میشوند؛ دورانی که پوشش دادهها برای برآورد دمای جهانی قابل اتکاتر شده است.
رکوردهای دمای جهانی معمولاً بهجای دمای مطلق، بهصورت «ناهنجاری دمایی» نمایش داده میشوند؛ یعنی اختلاف دمای هر دوره با یک میانگین مرجع یا دوره پایه.
چرا از ناهنجاری دمایی استفاده میشود؟
ناهنجاری دمایی اختلاف میان دمای اندازهگیریشده و یک مقدار مرجع است. برای مثال، اگر میانگین دمای دوره پایه ۱۹۵۱ تا ۱۹۸۰ برابر ۱۵ درجه سلسیوس باشد و دمای کنونی ۱۷ درجه سلسیوس ثبت شود، ناهنجاری دما برابر ۲+ درجه سلسیوس خواهد بود.
استفاده از ناهنجاریها برای مطالعه دمای میانگین سطح زمین بسیار کاربردی است، زیرا تغییرات دمایی در فواصل بزرگ، حتی تا حدود ۱۰۰۰ کیلومتر، همبستگی نسبتاً بالایی دارند. در مقابل، دمای مطلق میتواند حتی در فاصلههای کوتاه بهشدت تغییر کند؛ برای نمونه دمای یک منطقه کوهستانی با یک دشت گرم تفاوت زیادی دارد.
همچنین دادههای مبتنی بر ناهنجاری نسبت به تغییرات شبکه مشاهدهای، مانند افتتاح ایستگاه جدید در یک منطقه بسیار گرم یا سرد، حساسیت کمتری دارند و برآورد روند جهانی را پایدارتر میکنند.
شروع رکورد جهانی از ۱۸۵۰
دورهای که برای آن دادههای نسبتاً قابل اتکای دمای نزدیک به سطح زمین با پوشش شبهجهانی وجود دارد، معمولاً از حدود سال ۱۸۵۰ در نظر گرفته میشود. پیش از آن نیز دادههایی وجود دارد، اما پوشش آنها پراکندهتر، بیشتر محدود به نیمکره شمالی و ابزارهای اندازهگیری کمتر استاندارد بودهاند.
دادههای این رکورد از دو منبع اصلی میآیند: ایستگاههای خشکی و کشتیهای دریایی. در خشکی، دما با حسگرهای الکترونیکی یا دماسنجهای جیوهای و الکلی اندازهگیری میشود و ابزارها معمولاً در پوششی مانند صفحه استیونسون قرار میگیرند تا از تابش مستقیم خورشید در امان بمانند.
در دریاها، دمای آب بیشتر از حسگرهای نصبشده روی بدنه کشتی، ورودی موتور یا سطلهای نمونهبرداری ثبت میشده است. در دهههای اخیر، شناورهای ثابت و شناورهای رهاشده در جریان اقیانوس نیز سهم مهمی در ثبت دمای آبهای عمیق و سطحی پیدا کردهاند.
کالیبرهکردن ابزارها و استانداردسازی روشهای اندازهگیری بر عهده خدمات ملی هواشناسی کشورهاست و هماهنگی جهانی این کار از طریق سازمان جهانی هواشناسی انجام میشود.
گرمایش جهانی در دادههای ابزاری
رکورد دمای ابزاری روندی صعودی در دمای میانگین سطح زمین نشان میدهد؛ همان پدیدهای که با عنوان گرمایش جهانی شناخته میشود. بر پایه چندین مجموعهداده مستقل، دمای ترکیبی خشکی و اقیانوس از دوره ۱۸۵۰ تا ۱۹۰۰ تا دوره ۲۰۱۱ تا ۲۰۲۰ حدود ۱٫۰۹ درجه سلسیوس افزایش یافته است؛ بازه برآورد این افزایش حدود ۰٫۹۵ تا ۱٫۲۰ درجه سلسیوس است.
نرخ گرمایش از دهه ۱۹۷۰ سریعتر از هر دوره ۵۰ساله دیگر در حداقل ۲۰۰۰ سال گذشته بوده است. البته درون این روند بلندمدت، نوسانهای کوتاهمدت نیز دیده میشود؛ مانند رویدادهای النینو و لانینا یا فورانهای آتشفشانی بزرگ.
روندهای کلی و مقدار گرمایش
- بخش عمده گرمایش مشاهدهشده در دو دوره رخ داده است: حدود ۱۹۰۰ تا ۱۹۴۰ و از حدود ۱۹۷۰ به بعد.
- خنکشدن یا توقف نسبی میان ۱۹۴۰ تا ۱۹۷۰ تا حد زیادی به آئروسلهای سولفاتی نسبت داده شده است.
- دمای هوای خشکیها سریعتر از دمای سطح دریاها افزایش یافته است.
- از ۱۸۵۰ تا ۱۹۰۰ تا ۲۰۱۱ تا ۲۰۲۰، دمای خشکیها حدود ۱٫۵۹ درجه سلسیوس و دمای سطح دریاها حدود ۰٫۸۸ درجه سلسیوس گرمتر شدهاند.
- در دوره ۱۹۸۰ تا ۲۰۲۰، روند خطی گرمایش ترکیبی خشکی و دریا حدود ۰٫۱۸ تا ۰٫۲۰ درجه سلسیوس در هر دهه بوده است.
بررسیها نشان میدهند اثرات اصلاحنشده شهرنشینی یا تغییر کاربری زمین احتمالاً بیش از ۱۰ درصد از تغییرات دمای خشکیها در مقیاس جهانی را توضیح نمیدهند؛ هرچند در برخی مناطق بهسرعت در حال شهرنشینی، مانند شرق چین، نشانههای محلی قویتری دیده شده است.
گرمترین سالها و دههها
گرمترین سالهای ثبتشده در رکورد دمای ابزاری در دهه اخیر رخ دادهاند. سازمان جهانی هواشناسی در مارس ۲۰۲۱ اعلام کرد که سالهای ۲۰۱۶ و ۲۰۲۰ گرمترین سالهای دوره پس از ۱۸۵۰ بودهاند.
از سال ۲۰۱۵ به بعد، هر سال نسبت به سالهای پیش از ۲۰۱۴ گرمتر بوده است. به بیان دیگر، هفت سال ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۱ بهوضوح از هر سال پیش از ۲۰۱۴ گرمتر ثبت شدهاند.
با این حال، تمرکز صرف بر عنوان «گرمترین سال» میتواند گمراهکننده باشد. سالهای منفرد اهمیت خبری دارند، اما روند چنددههای برای فهم تغییر اقلیم معتبرتر است.
در مقیاس دههای نیز تغییر اقلیم آشکار است. هر یک از چهار دهه اخیر، نسبت به هر دهه پیشین از ۱۸۵۰ تاکنون، گرمتر بودهاند. دهه ۲۰۱۱ تا ۲۰۲۰ نیز احتمالاً گرمتر از هر دوره چندهزارساله در ۱۱۷۰۰ سال گذشته بوده است.
عوامل مؤثر بر دمای جهانی
دمای جهانی تنها تحت تأثیر یک عامل نیست. مهمترین عوامل طبیعی و انسانی مؤثر بر آن عبارتاند از:
- گازهای گلخانهای: این گازها پرتو خروجی زمین را در جو نگه میدارند و با گرمکردن جو، دمای خشکیها و اقیانوسها را نیز افزایش میدهند.
- نوسان جنوبی النینو: النینو معمولاً دمای جهانی را افزایش میدهد، در حالی که لانینا سالهایی خنکتر از میانگین کوتاهمدت ایجاد میکند.
- آئروسلها و فورانهای آتشفشانی: آئروسلها معمولاً با پراکندهکردن پرتو خورشید باعث خنکشدن موقت زمین میشوند. فورانهای بزرگ آتشفشانی میتوانند دیاکسید گوگرد را به استراتوسفر بفرستند و برای یک تا سه سال اثر خنککننده قابل توجهی داشته باشند.
- تغییر کاربری زمین: جنگلزدایی و سوزاندن زیستتوده میتواند گازهای گلخانهای را افزایش دهد و آلبدو یا بازتابپذیری سطح زمین را تغییر دهد.
- تابش خورشیدی: تابش ورودی خورشید تغییرات بسیار اندکی دارد و چرخه حدوداً ۱۱ساله فعالیت مغناطیسی خورشید عامل اصلی این نوسان است.
استواری شواهد علمی
در میان دانشمندان اقلیمشناسی اجماع گستردهای وجود دارد که اقلیم در حال تغییر است و گازهای گلخانهای ناشی از فعالیت انسان عامل اصلی گرمایش اخیر به شمار میرود. این اجماع در ارزیابیهای هیئت بیندولتی تغییر اقلیم و برنامه تحقیقات تغییرات جهانی آمریکا بازتاب یافته است.
روشهای اصلی برآورد روند دمای سطح زمین، از جمله HadCRUT، NOAA و NASA/GISS، تا حد زیادی مستقل از یکدیگر توسعه یافتهاند، اما نتایج آنها در نشاندادن گرمایش بلندمدت با یکدیگر همسو است.
آکادمی ملی علوم آمریکا نیز در گزارشهای خود از شواهد افزایش دمای جهانی در سده بیستم حمایت کرده است. مجموعهداده برکلی ارت نیز پس از بررسی نگرانیهایی مانند اثر جزیره گرمایی شهری، کیفیت ایستگاهها و سوگیری انتخاب دادهها، نتایجی مشابه مطالعات پیشین ارائه کرد و اکنون در ارزیابیهای IPCC و WMO استفاده میشود.
مجموعهدادههای مهم دمای سطح زمین و اقیانوس
- NOAA مجموعهداده Global Historical Climatology Network یا GHCN-Monthly را نگهداری میکند که شامل دادههای تاریخی دما، بارش و فشار هزاران ایستگاه خشکی در جهان است.
- مرکز ملی دادههای اقلیمی NOAA رکورد جهانی دمای سطح را از سال ۱۸۸۰ حفظ میکند.
- HadCRUT حاصل همکاری واحد پژوهش اقلیمی دانشگاه ایست آنگلیا و مرکز هادلی برای پیشبینی و پژوهش اقلیمی است.
- مؤسسه مطالعات فضایی گادرد ناسا مجموعهداده GISTEMP را اداره میکند.
- مجموعهداده دمای سطح زمین برکلی ارت نیز در سالهای اخیر به یکی از منابع مهم تحلیل دمای جهانی تبدیل شده است.
نوسان درونی اقلیم و ادعای توقف گرمایش
یکی از بحثهای رسانهای این بوده که «گرمایش جهانی از ۱۹۹۸ متوقف شده است». این دیدگاه نوسان درونی اقلیم را نادیده میگیرد؛ نوسانی که از تعاملهای پیچیده میان اجزای سامانه اقلیمی، بهویژه جو و اقیانوس، پدید میآید.
سال ۱۹۹۸ یک سال النینوی بسیار قوی بود و در آن زمان با فاصله قابل توجهی گرمترین سال ثبتشده جهان به شمار میرفت. خنکشدن نسبی دوره ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۲ نیز احتمالاً با الگوهای درونی اقلیم مانند لانینا مرتبط بوده است.
کندشدن موقت نرخ گرمایش پس از ۱۹۹۸ در مجموعهدادههای جدیدتر کمتر از برآوردهای اولیه آشکار است و پس از ۲۰۱۲، دوباره سالهای بسیار گرمتری ثبت شدند. با این حال، نرخ گرمایش همچنان میتواند در مقیاس دههای نوسان داشته باشد.
رکوردهای دمایی ماهوارهای
ماهوارهها برای پایش دمای بخشهای بالایی جو، بهویژه تروپوسفر، کاربرد گستردهای دارند. شبیهسازیهای مدلهای اقلیمی درباره تغییر دمای جهانی نتایج متنوعی نشان میدهند؛ برخی گرمایش بیشتر در تروپوسفر را نشان میدهند و برخی برعکس. با این حال، در مقیاس جهانی ناسازگاری بنیادینی میان مشاهدات و نتایج مدلها وجود ندارد.
در گذشته، رکوردهای ماهوارهای گرمایش کمتری برای تروپوسفر نشان میدادند و گاهی با پیشبینی مدلها ناهمسو تلقی میشدند، اما پس از اصلاح و بازبینی دادههای ماهوارهای، روندها اکنون به نتایج مدلها نزدیکتر شدهاند.
مکانیابی ایستگاههای اندازهگیری دما
برنامه همیار ناظران خدمات ملی هواشناسی آمریکا استانداردهای حداقلی برای ابزارها، محل نصب و گزارشدهی ایستگاههای دمای سطح تعیین کرده است. سامانههای مشاهدهای امروزی توانایی تشخیص نوسانهای سالبهسال دما، مانند اثر النینو یا فورانهای آتشفشانی، را دارند.
مطالعاتی در سالهای ۲۰۰۶ و ۲۰۱۳ نشان دادند روشهای تجربی موجود میتوانند ناسازگاریهای محلی و منطقهای دادهها را شناسایی و اصلاح کنند. همچنین اثر سوگیری شهری قابل محاسبه است و دادههای ایستگاههای روستایی و شهری در مجموع روندی همسو نشان میدهند.
روندها و پیشبینیها
از سال ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۱، هر سال از همه سالهای پیش از ۲۰۱۴ گرمتر بوده و انتظار میرود این روند برای مدتی ادامه یابد. پیشبینی دههای سازمان جهانی هواشناسی در سال ۲۰۲۱ احتمال ۴۰ درصدی ثبت حداقل یک سال با گرمایش بالای ۱٫۵ درجه سلسیوس در دوره ۲۰۲۱ تا ۲۰۲۵ را اعلام کرد.
بر پایه ترکیب مدلهای اقلیمی و مشاهدات، گرمایش جهانی تا اواخر سده بیستویکم در سناریوی انتشار بسیار پایین گازهای گلخانهای احتمالاً به ۱٫۰ تا ۱٫۸ درجه سلسیوس، در سناریوی میانه به ۲٫۱ تا ۳٫۵ درجه سلسیوس و در سناریوی انتشار بسیار بالا به ۳٫۳ تا ۵٫۷ درجه سلسیوس خواهد رسید.
تغییرات منطقهای دما
تغییرات اقلیمی در همه جای زمین یکسان رخ نمیدهند. خشکیها معمولاً سریعتر از اقیانوسها گرم میشوند و عرضهای جغرافیایی شمالی با سرعت بیشتری نسبت به مناطق گرمسیری تغییر میکنند.
گرمایش جهانی از سه مسیر اصلی بر اقلیم منطقهای اثر میگذارد: ذوب شدن یخها، تغییر چرخه آب شامل تبخیر و بارش، و تغییر جریانهای اقیانوسی.
مطالعه بیشتر
- بازتحلیل جوی
- دیاکسید کربن در جو زمین
- موج گرمایی
- رکورد دمای ۲۰۰۰ سال گذشته
- نوارهای گرمایش
پیوندهای بیرونی مرتبط
- تحلیل دمای سطح GISS ناسا
- رابط گوگل ارث برای دادههای دمای خشکی CRUTEM4
- ابتکار بینالمللی دمای سطح