Wednesday, January 29, 2020

全球「平均溫度」的測量準確嗎?

今年我決定學習環境科學,於是買到一本書,Climate Change in Practice,打算每章讀後寫一篇報告。如果我們教會有別人感興趣,我就和一組人分享,不然我也可以從電郵寄給可能有興趣的朋友。

本文是第一章讀後筆記,重點討論全球「平均溫度」這個概念。它是怎麼測量的?為甚麼很多人懷疑所得到的測量的準確度和分析結果?又是各種不同的陸地環境、又是海洋,測算的確很複雜。

但有一點是確定的:地表溫度年年有起有伏,從1850年到1900年的50年間,平均線大致上持平,變化似乎不大,可從1900年開始到2015年,溫度趨勢顯然上升了,比工業化最初50年的平均溫度高了攝氏1度。但你若仔細觀察溫度是如何升高的,其中有好幾段暫時平穩、平均溫度沒有明顯升高的時期,比如1997年到2013年。這些時期的存在需要解釋,有人卻因此下結論說氣候其實不會無限變暖。

可是你判斷溫度變化,不能只看15年的紀錄,你無法因此說,看啊我們15年來暖房氣體照樣排放,算出來的各年平均溫度高高低低,卻沒有升高的趨勢。錯,到2014年和2015年,全球升溫顯然恢復常速,兩年之內連創新高溫。

有的科學家看了這15年的紀錄,覺得與聯合國氣候變化委員會(IPCC)2000年所推定的上升不符:IPCC預計會上升0.2攝氏度,其實只上升了0.1度;火山爆發、太陽黑子活動、測量過程受到碳排放干擾等等因素,是否讓估算不準確了?

但多數科學家認為那幾年氣候升溫暫停是受到了1997/98年一次強大的厄爾尼諾(El Nino)現象影響。厄爾尼諾現象是指東太平洋海水每隔幾年就會異常升溫的現象--由西太平洋的高氣壓和東太平洋的低氣壓造成,它影響全球的氣溫和降雨。儘管厄爾尼諾現象從負面影響了全球,從2001到2010年,GMST平均線仍然保持了歷史最高紀錄。

令人懷疑全球「平均溫度」的另外一個原因,是因為那些測量點在全球分布並不均勻,有些海拔太高的地方、大氣層的外層、冰雪覆蓋的地方、海洋不同的深度,人無法前去放置測量儀器或取讀數據。1938年首次有人試圖建立全球的溫度記錄,Callendar將1880-1930年共150個觀察點的數據收集在一起,其中絕大部分數據是在北半球採集的。

現在的觀察點當然是增加了,研究人員從海洋裡、船上、飄移測量器採集數據,匯集到衛星觀察站,但仍然是北半球和溫帶地區的數據居多。圖中每個紅點代表一個氣象觀測站。

另外,地表氣溫數據的採讀會受到戰爭、內亂的影響,比如在也門的氣溫觀察站,有好幾年的數據是缺失了很多的。假如測量器的位置不好,或受到都市暖氣的影響,或測算方法不周全和改進,都會影響到地球「平均溫度」的測算。下表列出陸地氣象觀測站地點的理想位置標準,你看周圍是否有合適的地方?不是到處都行。

世界氣象組織(WMO)設定的氣象站地點的標準
  1. 不在市中心,但有電源的地區。
  2. 在地方市政規劃中得到確認,防止日後在附近建設新的樓房或公路。
  3. 不在公路附近。
  4. 至少維持環境100年不變。
  5. 與周圍環境一致,4000-5000平方米範圍內無窪地、空地、山坡、突岩等。
  6. 不受地勢、海岸線、特別的風口、氣流或任何微氣候的影響。
  7. 不易受自然災害的影響,包括受洪水河道、大暴風、電擊、塌陷、高水位的影響。
  8. 不靠近建築物、鐵路、牆、河邊、大型人工水利工程、或任何發熱的地方。
  9. 觀察站地面不可鋪設瀝青、水泥、石頭,倒該有青草、雜草等自然覆蓋物。
  10. 安裝在一個盒子之內的測量設備不會受建築物、樹等等陰影的影響。
  11. 離開任何障礙物的距離至少是其高度的2倍遠,最好是4倍以上。
  12. 要求地處視野寬廣,看見天空和周圍鄉村。
  13. 必須是寬敞平地、可有至少25米方圓。
  14. 技師、學生、有關人員能夠方便讀取數據。
  15. 周邊沒有體育活動。
  16. 周邊沒有農業或風景灌溉地區。
  17. 氣象測量站要乾淨整潔,沒有垃圾。
  18. 安全穩妥的地方,沒有盜賊等等破壞。
  19. 氣象測量站要有清晰的高空照片、地圖、或衛星形象等等資料。
至於海水溫度的測量,是由海洋觀測系統設置的許多自動探測設備來完成的。這些設備放在浮標內(Argo floats),先進入1000米深度漂移測量10天,再下潛到2000米採集一些數據並上浮至海面,傳送到衛星。圖中每個黑點代表一個浮標探測器。

到2016年截止,這些氣象浮標已增加到3918個,收集到海水溫度、鹽度、潮流的實時數據。這些數據表明,表層700米的海水溫度上升幅度不如200米深海水溫的上升幅度大。

氣象科學家有個解釋的任務:海洋溫度是如何影響全球氣溫的呢?為甚麼熱氣都集中在那麼幾個海洋盆地?意見各種各樣。我們得到的主要功課是,上面的地表升溫圖過分簡單、技術上不夠嚴謹。最直接的氣溫觀測準確性可能會受到許多因素的干擾。另外,地表溫度反映不出考慮山高水深複雜的立體溫度圖解。

所以,建立溫度數據圖表不容易,解釋溫度變化的現象也不容易,有很多不同的觀點和推測,理由各異。

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