Techniczny i analityczny potencjał Europy w monitorowaniu klimatu

Copernicus, jako flagowy program Unii Europejskiej zapewniający jej zdolności obserwacji Ziemi, obejmuje sześć usług tematycznych przypisanych do różnych obszarów analizy: monitorowania atmosfery, mórz i oceanów, lądów, zmian klimatu, bezpieczeństwa, zdarzeń kryzysowych. W każdym z tych pojemnych segmentów gromadzone są (na zasadzie swobodnego dostępu) dane operacyjne i usługi, zapewniające użytkownikom zweryfikowane i aktualne informacje dotyczące ziemskiego globu i jego środowiska. Program jest koordynowany i zarządzany przez Komisję Europejską i wdrażany we współpracy z: państwami członkowskimi UE, Europejską Agencją Kosmiczną (ESA), Europejską Organizacją Eksploatacji Satelitów Meteorologicznych (EUMETSAT), Europejskim Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF), licznymi agencjami UE oraz innych podmiotów (np. Mercator Océan).

Ważne miejsce w tym systemie pod względem oceny stanu klimatu pełni wspomniane ECMWF, które pozostaje przy tym niezależną organizacją międzyrządową wspieraną przez 34 państwa. Jest to zarówno instytut badawczy, jak i ośrodek ciągłego monitorowania (24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu), zajmujący się także opracowywaniem i rozpowszechnianiem numerycznych prognoz na potrzeby państw członkowskich. ECMWF utrzymuje w działaniu dwie usługi w ramach programu Copernicus: Atmosphere Monitoring Service (CAMS) i Climate Change Service (C3S). Funkcjonalności te powiązane są również z Copernicus Emergency Management Service (CEMS). 

Uzyskiwane z systemu dane są w pełni dostępne dla krajowych służb meteorologicznych w państwach członkowskich. Podłączony do tej sieci superkomputer w posiadaniu ECMWF (i związane z nim archiwum danych) jest jednym z największych tego typu urządzeń w Europie, a państwa członkowskie mogą wykorzystywać 25 proc. jego zasobów do własnych celów w analizie pogodowej i klimatycznej.

ECMWF aktualnie rozrasta się w swoich działaniach i infrastrukturze na terytorium państw członkowskich. Oprócz siedziby w Wielkiej Brytanii i Centrum Informatycznego we Włoszech, latem 2021 r. w Niemczech (Bonn) uruchomione zostanie nowe biuro obsługujące działania prowadzone we współpracy z UE - w tym, nakierowane na program Copernicus.

Strumień danych klimatycznych a zmiana średniej normy wieloletniej

Wdrażana przez Europejskie Centrum Średnich Prognoz Pogodowych (na zlecenie Unii Europejskiej) usługa Copernicus Climate Change Service (C3S) regularnie publikuje miesięczne biuletyny klimatyczne, które zawierają raporty dotyczące zmian obserwowanych w globalnej temperaturze powietrza na powierzchni, pokrywie lodowej morza i zmiennych hydrologicznych. Wszystkie ustalenia są oparte na analizach generowanych komputerowo przy użyciu dziesiątek milionów (!) zapisanych pomiarów z satelitów, statków, samolotów i stacji meteorologicznych na całym świecie. "Podczas gdy nasza pogoda zmienia się z godziny na godzinę, nasz klimat kształtowany jest przez globalne ocieplenie spowodowane przez człowieka i naturalne zmiany postępujące z roku na rok i z dekady na dekadę" - wskazują w uzasadnieniu do przyjętego schematu badania zmian klimatu specjaliści pracujący przy Copernicus Climate Change Service w ECMWF.

C3S działa tutaj zgodnie z zaleceniem Światowej Organizacji Meteorologicznej (WMO), sugerującym obliczanie wieloletnich średnich klimatycznych na bazie ostatniego trzydziestoletniego okresu odniesienia. Wkraczając w trzecią dekadę XXI wieku, WMO zarekomendowało jak najszybsze obliczenie nowych norm klimatycznych - od niedawna jest to zatem przedział obejmujący lata 1991-2020; względem niego prowadzone są już aktualne badania i analizy będące treścią Biuletynów Klimatycznych C3S.

Niemniej jednak różne organizacje monitorujące klimat często przyjmują fazę przejściową, podczas której regularnie sporządzają raporty na podstawie zarówno starych, jak i nowych okresów bazowych. Podobnie uczyniono w C3S, obierając sobie za płaszczyznę odniesienia najnowszy (1991-2020) i poprzedni okres (1981–2010) w prowadzonych wyliczeniach, dla zapewnienia przejrzystości wyników. W przypadku Copernicusa podstawą pozyskiwania danych historycznie dopasowane obserwacje satelitarne kluczowych zmiennych klimatycznych, w tym temperatury powierzchni morza i stopnia jego pokrycia lodem morskim oraz dodatkowe informacje z analizy zestawu danych ERA5.

Używając zestandaryzowanych okresów odniesienia WMO, organizacje monitorujące określają w pierwszej kolejności uśrednione wskaźniki tzw. normy klimatycznej, które reprezentują typowy wzorzec klimatu dla danego okresu. Te normy klimatyczne są następnie wykorzystywane do porównywania danych krótkoterminowych na poziomie lokalnym, krajowym i globalnym.

Równolegle WMO opowiada się za wykorzystaniem historycznego okresu bazowego (1961-1990) do oceny szerszej perspektywy zmian klimatycznych, wespół z ostatnim 30-letnim okresem - w celu ujednolicenia wskaźników. Tutaj jednaj, w przypadku danych z Copernicusa, poważną przeszkodą dotyczącą okresu 1961-1990 jest to, że przedział ten rozpoczyna się kilka lat przed erą satelitów i większość zbiorów danych C3S nie sięga tak daleko wstecz.

Stąd, także przy organizowaniu tak skumulowanych wyliczeń, C3S korzysta od stycznia 2021 r. przede wszystkim z normy klimatycznej z lat 1991–2020, jako głównego okresu odniesienia dla publikacji miesięcznych biuletynów klimatycznych oraz podsumowania Europejskiego stanu klimatu. Jak zapewniono przy tym, najnowsza zmiana okresu odniesienia nie zniekształca znacząco charakterystyki długoterminowych wskaźników w stosunku do wartości przedindustrialnych. C3S będzie zatem nadal obliczać globalną zmianę temperatury w stosunku do zdefiniowanej przedindustrialnej wartości bazowej, z odzwierciedleniem parametrów historycznych.

Należy jednak zauważyć, że choć wspomniana zmiana okresu odniesienia jest uznawana za neutralną dla modelu obliczania tendencji oraz rankingów bezwzględnych (przykładowo - niezależnie od przyjętej perspektywy, najcieplejszym do tej pory na świecie styczniem w rejestrze ERA5 pozostaje ten z 2020 r.), ma jednak wpływ na stwierdzenie tego, czy skala odchylenia jest powyżej lub poniżej przyjętej średniej oraz o ile. Na przykład, styczeń 2021 r. okazał się cieplejszy o 0,24° C od średniej z okresu odniesienia 1991–2020, natomiast z perspektywy lat 1981–2010 było to aż o 0,43° C więcej od średniej.

Klimat w rozchwianiu. Co ujawniają najnowsze zestawienia?

Według najbardziej aktualnych danych z monitoringu C3S, na całym świecie luty 2021 r. nie był tak ciepły jak jego odpowiedniki z ostatnich lat. Uściślając - globalnie temperatury były nieznacznie poniżej nowo wprowadzonej średniej z lat 1991-2020, o blisko 0,1 stopnia Celsjusza. Był to jednak niezwykły miesiąc pod innym względem - z racji zanotowanych regionalnie ekstremalnych zmian temperatury. W środkowej i południowej części Stanów Zjednoczonych było znacznie chłodniej wobec średniej statystycznej, a arktyczne temperatury sięgały aż do Teksasu. Na Syberii również było zdecydowanie zimniej od przyjętej temperatury średniej. Tymczasem odwrotna tendencja ujawniła się na Grenlandii - było tam znacząco cieplej niż zwykle.

Globalnie, temperatury w lutym 2021 r. były zbliżone do średniej z lat 1991-2020 (wspomniane 0,1° C poniżej - wciąż jednak był to miesiąc o 0,26° C cieplejszy niż średnia z lat 1981-2010). Niezależnie jednak od przyjętej płaszczyzny odniesienia, tegoroczny luty pozostał sklasyfikowany jako najzimniejszy od sześciu lat (wobec miesięcznych odpowiedników z lat ubiegłych).

Wspomniano też, że czas ten odznaczał się ekstremami i rozwarstwieniem temperaturowym notowanym pomiędzy wybranymi regionami świata - nierzadko bijącymi rekordy w odniesieniu do lat 1991–2020. Przykładowo okres ten był poważnie chłodniejszy w dużej części Rosji i Ameryki Północnej, przede wszystkim jednak zastraszająco cieplejszy w Arktyce. Podobne zachwianie odnotowano w pasie rozciągającym się na wschód od północno-zachodniej Afryki i południowej Europy, aż po Chiny. Z kolei temperatura na terenie Europy w lutym 2021 r. była zbliżona do średniej z lat 1991–2020, niemniej w niektórych częściach Starego Kontynentu występowały znaczne jej wahania w ciągu miesiąca.

W okresie borealnej zimy (grudzień 2020 - luty 2021) obszar najwyższych anomalii temperaturowych (powyżej średniej) objął północno-wschodnią Kanadę, Grenlandię i Ocean Arktyczny, podczas gdy Syberia wyróżniała się jako region o temperaturach najniższych względem średniej. Z kolei w samej Europie skumulowane zimowe temperatury były tylko nieco powyżej średniej z lat 1991–2020.

Szczegółowe mapy i wartości odzwierciedlające opisywane tutaj uwarunkowania dostępne są do wglądu w zbiorach rejestru ECMWF Copernicus Climate Change Service ERA5. Kompletne biuletyny klimatyczne wraz z wyszczególnionymi wskaźnikami i średnimi wieloletnimi można śledzić na poświęconej im podstronie serwisu internetowego C3S. W innej części tej samej witryny znajdują się  odpowiedzi na często zadawane pytania dotyczące monitorowania anomalii temperaturowych na bazie zasobów programu Copernicus. Ponadto, wydział odpowiedzialny za usługę C3S udostępnia na swojej stronie także interaktywną zakładkę, która umożliwia wgląd w aktualny status globalnego ocieplenia. Aplikacja pozwala prześledzić narastające tempo zmiany globalnych średnich temperatur w kontekście docelowego limitu 1,5° C określonego w Porozumieniu paryskim - konwencji klimatycznej ratyfikowanej obecnie przez 190 państw i Unię Europejską. Jej założenia mają na celu wzmocnienie ogólnoświatowej reakcji na zagrożenie zmianami klimatu, poprzez utrzymanie w XXI wieku skali wzrostu statystycznej temperatury poniżej 2° C wobec poziomu sprzed epoki przemysłowej.

Jak pokazuje jednak choćby interaktywny wykres ze wspomnianej aplikacji Copernicus Climate Change Service, postęp ocieplania się ziemskiego klimatu radykalnie przyspiesza i nic nie wskazuje na to, by mogło się to nagle odmienić. W zastraszającym tempie ubywa kolejnych miesięcy dzielących nas od osiągnięcia alarmującego poziomu 1,5° C ponad średnią - w ciągu ostatniego roku prowadzenia pomiarów (marzec 2020 - luty 2021) przewidywany historyczny moment urzeczywistnienia tej prognozy przybliżył się o blisko 1,5 roku (przy wartościach z marca 2020, wystąpienie ocieplenia o 1,5° C było spodziewane w lipcu 2035 roku; według danych z lutego 2021, ma to nastąpić już w lutym 2034). O jak bardzo poważnym wzroście tutaj mowa, niech świadczy samo to, że pod koniec lutego 2021 znaleźliśmy się na poziomie 1,19° C ponad ustaloną średnią globalną temperaturę ery preindustrialnej.

Naturalnym i zarazem wywołującym wiele emocji pytaniem wobec wniosków z powyższych wskaźników (za którymi stoją wieloletnie obserwacje i twarde dane, choćby z rozpatrywanych tutaj pomiarów satelitarnych) jest to, jaki udział w zachodzeniu rozpędzającego się efektu cieplarnianego ma działalność człowieka. Proponowane odpowiedzi na to dręczące pytanie - pomimo ogłoszonego w tej sprawie naukowego konsensusu i wieloletnich już prac Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) - wciąż w opinii niektórych mniej lub bardziej uznanych przedstawicieli świata badawczego budzą poważne wątpliwości lub są wprost nie do przyjęcia. Warto na to rozległe zagadnienie spojrzeć osobno i z należytą uwagą - będzie ono zatem przedmiotem naszych dalszych opracowań. Tymczasem zachęcamy do śledzenia komentarzy, analiz i polemik dotyczących tego ważnego wątku, jakie publikuje zaprzyjaźniona redakcja Energetyki24.com - ze szczególnym uwzględnieniem tekstów Klimatyczny łysenkizm oraz Czy Polak może ochronić Ziemię przed katastrofą ekologiczną?.