Διερεύνηση της αξιοπιστίας των
κλιματικών μοντέλων μέσω της
σύγκρισής τους με ιστορικές
χρονοσειρές
Γρηγόρης Αναγνωστόπουλ...
Στόχος της εργασίας
•

Η επαλήθευση των επιστημονικών θεωριών από εμπειρικά
δεδομένα αποτελεί έναν από τους ακρογωνιαίους ...
Κλιματικά μοντέλα
•

Τα κλιματικά μοντέλα είναι
αλγόριθμοι που λύνουν
συστήματα διαφορικών εξισώσεων
που προκύπτουν από το...
Μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν
στην εργασία
•

•
•

•

Xρησιμοποιήθηκαν 3 μοντέλα του TAR και 3 μοντέλα του ΑR4,
το καθένα α...
Σταθμοί σημειακής σύγκρισης

Σταθμοί που εξετάστηκε η
θερμοκρασία

•
•
•
•

Σταθμοί που εξετάστηκε η
βροχόπτωση

Για την σ...
Σταθμοί επιφανειακής σύγκρισης

•

•

Για την επιφανειακή ολοκλήρωση επιλέχθηκαν 70 σταθμοί στις
ΗΠΑ ,έτσι ώστε να καλύπτε...
Σταθμοί επιφανειακής σύγκρισης
Average Temperature (oC)

25.00
20.00
15.00
10.00
R2 = 0.1848

5.00
0.00
0

500

1000
1500
...
Επαλήθευση επιφανειακών δεδομένων
13.00

•

NOAA

12.50
12.00
11.50
11.00

•

10.50
10.00
1890

1910

1930

1950

1970

19...
Εξαγωγή τιμών από τα μοντέλα
Εξαγωγή σημειακών τιμών :
• Xρησιμοποιούνται οι χρονοσειρές από τα τέσσερα κοντινότερα
σημεία...
Τρόπος σύγκρισης
• Η σύγκριση γίνεται σε τρεις χρονικές κλίμακες: μηνιαία, ετήσια, κλιματική,
όπου η τελευταία προκύπτει α...
Διαγράμματα επιφανειακής σύγκρισης
(θερμοκρασία)
CGCM3-20C3M-T47

PCM-20C3M

Observed

ECHAM5-20C3M

16.00

CGCM3-20C3M-T4...
Διαγράμματα επιφανειακής σύγκρισης
(βροχόπτωση)
CGCM3-20C3M-T47

PCM-20C3M

ECHAM5-20C3M

Max Monthly Precipitation (mm)

...
Συγκεντρωτικά αποτελέσματα
σημειακής σύγκρισης
•

•

•

Στην μηνιαία χρονική κλίμακα τα μοντέλα γενικά αναπαράγουν την
ακο...
•
•

•

CGCM2-A2

HADCM3-A2

ECHAM4-GG

Observed

12.00

Annual Mean Temperature (oC)

Annual Mean Temperature (oC)

Obser...
Συντελεστής Hurst και τυπική απόκλιση
CGCM3-20C3M-T47

PCM-20C3M

ECHAM5-20C3M

CGCM3-20C3M-T47

PCM-20C3M

ECHAM5-20C3M

...
Εξάρτηση τυπικής απόκλισης από το
γεωγραφικό πλάτος
1.80

St Dev (Temperature)

1.60
1.40

Obserbed
CGCM2-A2

1.20
1.00
0....
Συντελεστής συσχέτισης και
αποτελεσματικότητας σε 30-ετή κλίμακα
Annual Mean Temperature
Min Monthly Temperature
Seasonal ...
-400
0.5

-0.5
0.0

-1.0

-1.5

1.5

100

-600

0

-200

-300
1.0

0.5

-0.5
0.0

-1.0

600

Strasbourg
Stuttgart
Tartu
Ti...
Μέγιστη διακύμανση του 30-ετούς
μέσου
CGCM3-20C3M-T47

PCM-20C3M

ECHAM5-20C3M

CGCM3-20C3M-T47

PCM-20C3M

ECHAM5-20C3M

...
Συγκεντρωτικά αποτελέσματα
επιφανειακής σύγκρισης
•

•

•

Στην μηνιαία χρονική κλίμακα τα μοντέλα γενικά αναπαράγουν την
...
Συντελεστής Hurst και τυπική απόκλιση
Ετήσια Κλίμακα/

Συντελεστής

Τυπική

Θερμοκρασία

Hurst

απόκλιση

Ετήσια Μέση θερμ...
Διακυμάνσεις του 30-ετούς μέσου όρου
(θερμοκρασία)
30-ετής Κλίμακα/

DT (All Period)

DT (1900-2000)

maxDT

Ετήσια Μέση θ...
Διακυμάνσεις του 30-ετούς μέσου όρου
(βροχόπτωση)
30-ετής Κλίμακα/

DP (All Period)

DP (1900-2000)

maxDP

Συνολική βροχό...
Συνοψίζοντας…
•

•

•

Η επιστήμη της κλιματολογίας κυριαρχείται σήμερα πλήρως από
ντετερμινιστικά στερεότυπα τα οποία υπα...
Συμπεράσματα
•

•

•

•
•

Στην μηνιαία χρονική κλίμακα τα κλιματικά μοντέλα αναπαράγουν
αποτελεσματικά την ακολουθία υγρώ...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Assessment of the reliability of climate models (in greek)

254 views
202 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
254
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
6
Actions
Shares
0
Downloads
1
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Assessment of the reliability of climate models (in greek)

  1. 1. Διερεύνηση της αξιοπιστίας των κλιματικών μοντέλων μέσω της σύγκρισής τους με ιστορικές χρονοσειρές Γρηγόρης Αναγνωστόπουλος Επιβλέπων καθηγητής: Δημήτρης Κουτσογιάννης
  2. 2. Στόχος της εργασίας • Η επαλήθευση των επιστημονικών θεωριών από εμπειρικά δεδομένα αποτελεί έναν από τους ακρογωνιαίους λίθους της επιστήμης. • Η αξιοπιστία των προβλέψεων για το κλίμα, που γίνονται με βάση τα κλιματικά μοντέλα, ελάχιστα έχει διερευνηθεί κυρίως σε χωρικές κλίμακες μικρότερες της ηπειρωτικής. • Βασικός στόχος αυτής της εργασίας είναι, εκμεταλλευόμενη το παράθυρο στο παρελθόν που δίνουν κάποιες από τις εκτελέσεις των κλιματικών μοντέλων του TAR (Τhird Assessment Report) και του AR4 (Fourth Assessment Report), να συγκρίνει αρχικά σε σημειακή και στη συνέχεια σε επιφανειακή κλίμακα τα αποτελέσματα των κλιματικών μοντέλων σε σχέση με μακρές ιστορικές χρονοσειρές.
  3. 3. Κλιματικά μοντέλα • Τα κλιματικά μοντέλα είναι αλγόριθμοι που λύνουν συστήματα διαφορικών εξισώσεων που προκύπτουν από τους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής, της μηχανικής των ρευστών και της χημείας. • Τα μοντέλα γενικής κυκλοφορίας (General Circulation Models – GCMs) είναι αυτά που χρησιμοποιούνται σήμερα για την πρόβλεψη της κλιματικής αλλαγής. Τα μοντέλα αυτά βασίζονται στην αριθμητική ολοκλήρωση των εξισώσεων Navier-Stokes της ρευστομηχανικής.
  4. 4. Μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν στην εργασία • • • • Xρησιμοποιήθηκαν 3 μοντέλα του TAR και 3 μοντέλα του ΑR4, το καθένα από τα οποία τρέχει με βάση ένα σενάριο το οποίο δίνει μια πιθανή εικόνα του κλίματος στο μέλλον. Η επιλογή των σεναρίων έγινε με το κριτήριο της κάλυψης παλαιότερων ιστορικών περιόδων. Στο TAR όλα τα σενάρια έχουν τρέξει για παλαιότερες ιστορικές περιόδους, οπότε η επιλογή του σεναρίου δεν έχει τόσο μεγάλη σημασία. Έτσι επιλέγεται το SRES A2 το οποίο καλύπτει τον 20ο αιώνα. Εξαίρεση αποτελεί το μοντέλο ECHAM4 του οποίου οι εκτελέσεις με το SRES A2 δεν καλύπτουν τον 20ο αιώνα και για αυτόν το λόγο χρησιμοποιείται το σενάριο IS92a το οποίο ξεκινάει από το 1860. Από τα σενάρια του AR4 το μόνο που είναι κατάλληλο για αυτήν την εργασία είναι το 20C3M.
  5. 5. Σταθμοί σημειακής σύγκρισης Σταθμοί που εξετάστηκε η θερμοκρασία • • • • Σταθμοί που εξετάστηκε η βροχόπτωση Για την σημειακή σύγκριση επιλέχθηκαν 55 σταθμοί από όλο τον κόσμο με τα εξής κριτήρια: (α) οι σταθμοί να είναι κατανεμημένοι σε όλες τις ηπείρους και σε διαφορετικούς τύπους κλίματος. (β) η διαθεσιμότητα των δεδομένων στο διαδίκτυο σε μηνιαία κλίμακα. (γ) η ύπαρξη χρονοσειρών που να έχουν τουλάχιστον 100 χρόνια παρατηρήσεων χωρίς καθόλου κενά (ή με όσο το δυνατόν λιγότερα κενά τα οποία συμπληρώθηκαν με τον μηνιαίο μέσο όρο).
  6. 6. Σταθμοί επιφανειακής σύγκρισης • • Για την επιφανειακή ολοκλήρωση επιλέχθηκαν 70 σταθμοί στις ΗΠΑ ,έτσι ώστε να καλύπτεται ομοιόμορφα όλη η έκτασή τους. Η συγκεκριμένη περιοχή επιλέχτηκε λόγω της αφθονίας των δεδομένων, που ξεπερνά κάθε άλλη περιοχή που εξετάστηκε. Για να εξάγουμε την επιφανειακή χρονοσειρά χρησιμοποιούμε την μέθοδο επιφανειακής ολοκλήρωσης Thiessen εξάγουμε μια επιφανειακή χρονοσειρά.
  7. 7. Σταθμοί επιφανειακής σύγκρισης Average Temperature (oC) 25.00 20.00 15.00 10.00 R2 = 0.1848 5.00 0.00 0 500 1000 1500 Elevation (m) 2000 2500 Σχέση υψομέτρου - θερμοκρασίας • • • • Για τα δεδομένα της θερμοκρασίας προέκυψε ότι υπάρχει συσχέτιση μεταξύ της θερμοκρασίας και του υψομέτρου. Πραγματοποιήσαμε υψομετρική αναγωγή των δεδομένων. Για τα δεδομένα της βροχόπτωσης δεν φαίνεται να προκύπτει συσχέτιση μεταξύ βροχόπτωσης και υψομέτρου για τους συγκεκριμένους σταθμούς. Το μέσο υψόμετρο των ΗΠΑ δεν διαφέρει πολύ από το μέσο σταθμισμένο υψόμετρο των σταθμών και κατά συνέπεια δεν κάνουμε κάποια υψομετρική διόρθωση στα δεδομένα της βροχής.
  8. 8. Επαλήθευση επιφανειακών δεδομένων 13.00 • NOAA 12.50 12.00 11.50 11.00 • 10.50 10.00 1890 1910 1930 1950 1970 1990 Annual Precipitation -Thiessen (mm) 900.00 2010 940 Thiessen NOAA 850.00 890 800.00 840 750.00 790 700.00 740 650.00 690 600.00 640 550.00 1890 1910 1930 1950 1970 1990 Annual Precipitation - NOAA (mm) Annual Mean Temperature (oC) Thiessen • 590 2010 Διαγράμματα σύγκρισης των επιφανειακών χρονοσειρών που προκύπτουν από τη μέθοδο Thiessen με τα δεδομένα της NOAA. Μετά την εξαγωγή των επιφανειακών χρονοσειρών θεωρήθηκε αναγκαία η σύγκριση τους με επιφανειακά δεδομένα άλλων φορέων προκειμένου να διαπιστωθεί η αξιοπιστία τους. Οι φορείς που προσφέρουν επιφανειακά στοιχεία για τις ΗΠΑ είναι η ΝΟΑΑ (National Oceanic and Atmospheric Administration) και η NASA (National Aeronautics and Space Administration). Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας εξαγάγαμε τις δικές μας επιφανειακές χρονοσειρές καθώς επιθυμούσαμε η σύγκριση με τα κλιματικά μοντέλα να γίνει με βάση πρωτογενή δεδομένα, που δεν θα έχουν υποστεί κανενός είδους προσαρμογή.
  9. 9. Εξαγωγή τιμών από τα μοντέλα Εξαγωγή σημειακών τιμών : • Xρησιμοποιούνται οι χρονοσειρές από τα τέσσερα κοντινότερα σημεία του καννάβου και κατασκευάζεται η χρονοσειρά του μοντέλου που αντιστοιχεί στο σταθμό με βάση το βέλτιστο αμερόληπτο γραμμικό συνδυασμό. • Η βελτιστοποίηση έγινε με βάση τον συντελεστή αποτελεσματικότητας (coefficient of efficiency). • Με αυτή τη μέθοδο η χρονοσειρά που προκύπτει από τα μοντέλα αφήνεται να προσαρμοστεί όσο το δυνατόν καλύτερα στα ιστορικά δεδομένα. Εξαγωγή επιφανειακών τιμών: • Για την εξαγωγή των επιφανειακών τιμών δεν χρειάζεται να κάνουμε κανενός είδους στατιστική βελτιστοποίηση. • Κατά την εξαγωγή της επιφανειακής χρονοσειράς υπολογίζεται ένας σταθμισμένος μέσος όρος των χρονοσειρών των σημείων του καννάβου που βρίσκονται μέσα στα γεωγραφικά όρια των ΗΠΑ.
  10. 10. Τρόπος σύγκρισης • Η σύγκριση γίνεται σε τρεις χρονικές κλίμακες: μηνιαία, ετήσια, κλιματική, όπου η τελευταία προκύπτει από τον 30-ετή (κινούμενο) μέσο όρο. • Δύο βασικοί δείκτες χρησιμοποιούνται σε όλες τις χρονικές κλίμακες: ο συντελεστής αποτελεσματικότητας (coefficient of efficiency), και ο συντελεστής συσχέτισης (correlation coefficient). • Για όλες τις χρονικές κλίμακες και για όλες τις χρονοσειρές υπολογίζουμε και συγκρίνουμε την μέση τιμή και την τυπική απόκλιση. • Στην ετήσια κλίμακα εξετάζονται ο συντελεστής αυτοσυσχέτισης 1ης τάξης και ο συντελεστής Hurst. • Για την κλιματική κλίμακα εξετάζονται τρεις επιπλέον δείκτες: (1) η διακύμανση του 30-ετούς κινούμενου μέσου για τη θερμοκρασία ή τη βροχόπτωση στον 20ο αιώνα (που είναι η περίοδος που καλύπτουν τα περισσότερα μοντέλα εκτός από το HadCM3-A2, που ξεκινά από το 1950), (2) η διαφορά μεταξύ του πρώτου και του τελευταίου έτους κάθε χρονοσειράς, (3) η μέγιστη διακύμανση κατά την εξεταζόμενη περίοδο .
  11. 11. Διαγράμματα επιφανειακής σύγκρισης (θερμοκρασία) CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M Observed ECHAM5-20C3M 16.00 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M Observed ECHAM5-20C3M 14.00 13.00 12.00 11.00 10.00 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 Min Monthly Temperature (oC) 15.00 25.00 24.00 23.00 22.00 21.00 20.00 1850 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M 8.00 26.00 Max Monthly Temperature (oC) Annual Mean Temperature (oC) Observed 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 6.00 4.00 2.00 0.00 1850 -2.00 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 -4.00 -6.00 • Κανένα μοντέλο δεν μπορεί να τις αναπαραστήσει τις διακυμάνσεις της ετήσιας μέσης θερμοκρασίας των ΗΠΑ. Τα περισσότερα μοντέλα προβλέπουν μια μονοτονική αύξηση της θερμοκρασίας. • Το μόνο μοντέλο που δίνει αποτελέσματα σχετικά κοντά στην πραγματικότητα για τη μέση θερμοκρασία είναι το PCM-20C3M, αλλά και αυτό βέβαια έχει πολύ χαμηλό συντελεστή αποτελεσματικότητας στην 30-ετή κλίμακα (μόλις 0.05). • Υποεκτιμά τη μέγιστη μηνιαία θερμοκρασία, ενώ υπερεκτιμά την μέγιστη μηνιαία θερμοκρασία και πλησιάζει τη μέση ετήσια θερμοκρασία. 2010
  12. 12. Διαγράμματα επιφανειακής σύγκρισης (βροχόπτωση) CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M Max Monthly Precipitation (mm) Annual Precipitation (mm) 1200.00 1100.00 1000.00 900.00 800.00 700.00 600.00 500.00 1850 Observed 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M 120.00 110.00 100.00 90.00 80.00 70.00 60.00 1850 Observed Seasonal Precipitation DJF(mm) Observed 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M 300.00 280.00 260.00 240.00 220.00 200.00 180.00 160.00 140.00 120.00 100.00 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 • Το μοντέλο που πλησιάζει περισσότερο τις ιστορικές χρονοσειρές είναι το CGCM3-20C3M-T47. Ο συντελεστής αποτελεσματικότητας στην 30ετή κλίμακα είναι -5.11 και ο συντελεστής συσχέτισης 0.171. • Ακόμη και στις χρονοσειρές όπου το μοντέλο πλησιάζει περισσότερο τα ιστορικά δεδομένα ο συντελεστής αποτελεσματικότητας είναι αρνητικός και ο συντελεστής συσχέτισης κοντά στο μηδέν. • Υπάρχουν μοντέλα του TAR και του ΑR4 που υπερεκτιμούν τη μέση θερμοκρασία των ΗΠΑ κατά 4 έως 5 βαθμούς και την συνολική ετήσια βροχόπτωση των ΗΠΑ κατά 300 έως 400 χιλιοστά ετησίως. 2010
  13. 13. Συγκεντρωτικά αποτελέσματα σημειακής σύγκρισης • • • Στην μηνιαία χρονική κλίμακα τα μοντέλα γενικά αναπαράγουν την ακολουθία θερμών – ψυχρών και ξηρών – υγρών περιόδων σε όλους τους σταθμούς που εξετάστηκαν. Ο μέσος συντελεστής συσχέτισης είναι 0.909 και 0.256, ενώ ο μέσος συντελεστής αποτελεσματικότητας είναι 0.721 και -0.433. Στην ετήσια κλίμακα, στη θερμοκρασία και στη βροχόπτωση, οι μέσοι συντελεστές συσχέτισης είναι μικρότεροι από την μηνιαία κλίμακα, ενώ ο μέσος συντελεστής αποτελεσματικότητας είναι αρνητικός ανεξάρτητα της στατιστικής παραμέτρου που εξετάζεται. Στην 30-ετή κλίμακα η συσχέτιση αυξάνεται ελαφρώς για την θερμοκρασία και την βροχόπτωση σε όλες τις χρονοσειρές που εξετάστηκαν σε αντίθεση με τον συντελεστή αποτελεσματικότητας που παίρνει έντονα αρνητικές τιμές. Μέσος Μέσος συντελεστής συντελεστής συσχέτισης αποδοτικότητας Μέση θερμοκρασία 0.122 -5.157 Μέγιστη μηνιαία θερμοκρασία 0.062 Ελάχιστη μηνιαία θερμοκρασία 0.033 Ετήσιο θερμοκρασιακό εύρος Ετήσια Κλίμακα/ 30-ετής Κλίμακα/ Μέσος Μέσος συντελεστής συντελεστής συσχέτισης αποδοτικότητας Ετήσια Μέση θερμοκρασία 0.328 -89.001 -5.254 Μέγιστη Μηνιαία θερμοκρασία 0.207 -118.499 -3.748 Ελάχιστη Μηνιαία θερμοκρασία 0.177 -117.408 0.008 -4.068 Ετήσιο θερμοκρασιακό εύρος 0.027 -107.350 Εποχιακή θερμοκρασία ΔΙΦ 0.051 -3.865 Εποχιακή θερμοκρασία ΔΙΦ 0.243 -91.957 Εποχιακή θερμοκρασία ΙΙΑ 0.073 -7.495 Εποχιακή θερμοκρασία ΙΙΑ 0.208 -180.427 Θερμοκρασία Θερμοκρασία
  14. 14. • • • CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG Observed 12.00 Annual Mean Temperature (oC) Annual Mean Temperature (oC) Observed 11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 Ετήσια μέση θερμοκρασία στο De Bilt. 2010 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M 22.50 22.00 21.50 21.00 20.50 20.00 19.50 19.00 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010 Ετήσια μέση θερμοκρασία στο Durban. Η απόδοση των μοντέλων ποικίλλει ανάλογα με το σταθμό που εξετάστηκε. Ο σταθμός του De Bilt (Ολλανδία) είναι ένας από τους σταθμούς που τα μοντέλα του ΤΑR δίνουν αρκετά καλά αποτελέσματα για την μέση ετήσια θερμοκρασία. Ενώ τα μοντέλα αναπαριστούν ικανοποιητικά τη χρονοσειρά της μέσης ετήσιας θερμοκρασίας, δεν μπορούν να αναπαραστήσουν το ίδιο ικανοποιητικά τις χρονοσειρές των άλλων στατιστικών παραμέτρων. Στο σταθμό του Durban (Νότια Αφρική) κανένα από τα μοντέλα δεν μπορεί να αναπαραστήσει την πτώση της θερμοκρασίας κατά 1.5 βαθμό κατά τα έτη 1920-1960 και όλα προβλέπουν μια μονοτονική αύξηση της μέσης θερμοκρασίας.
  15. 15. Συντελεστής Hurst και τυπική απόκλιση CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG 5.50 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Hurst Coef Of Observed Tem perature Series PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG Hurst Coef of Modeled Precipitation Series (Annual Precipitation) CGCM3-20C3M-T47 150.00 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 St Dev of Modeled Precipitation Series (Max Monthly Precipitation) St Dev of Modeled Temperature Series (Annual Temp Amplitude ) Hurst Coef of Modeled Temperature Series (Annual Temp Amplitude) 1.00 125.00 100.00 75.00 50.00 25.00 0.00 0.00 25.00 50.00 75.00 100.00 125.00 150.00 St Dev Of Observed Precipitation Series St Dev Of Observed Tem perature Series Τυπική απόκλιση για την ετήσια μέση θερμοκρασία και την ετήσια βροχόπτωση. 1.00 0.90 0.80 Ποσοστό περιπτώσεων υποεκτίσησης 0.70 0.60 Θερμοκρασία Βροχόπτωση συντελεστή Hurst και τυπικής 0.50 0.40 απόκλισης Hurst St Dev Hurst St Dev (%) (%) (%) (%) Μέση θερμοκρασία/συνολική βροχόπτωση 74.24 70.30 79.09 89.39 Μέγιστη μηνιαία θερμοκρασία/βροχόπτωση 72.12 59.70 67.27 95.45 Ελάχιστη μηναία θερμοκρασία/βροχόπτωση 0.30 66.36 72.42 67.58 35.45 Ετήσιο θερμοκρασιακο εύρος 68.79 68.48 - - Εποχιακή Θερμοκρασία/βροχόπτωση ΔΙΦ 68.79 70.00 66.97- 77.27 Εποχιακή Θερμοκρασία/βροχόπτωση ΙΙΑ 76.97 58.18 59.09 84.24 0.20 0.10 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Hurst Coef Of Observed Precipitation Series Συντελεστής Hurst για την ετήσια μέση θερμοκρασία και τη ετήσια βροχόπτωση.
  16. 16. Εξάρτηση τυπικής απόκλισης από το γεωγραφικό πλάτος 1.80 St Dev (Temperature) 1.60 1.40 Obserbed CGCM2-A2 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 Latitude 400.00 Obserbed St Dev (Precipitation) 350.00 CGCM2-A2 300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 Latitude Τυπική απόκλιση της θερμοκρασίας και της βροχόπτωσης σε σχέση με το γεωγραφικό πλάτος • Τα αποτελέσματα των μοντέλων δίνουν καλύτερη εικόνα για την τυπική απόκλιση σε σύγκριση με τον συντελεστή Hurst. • Η τυπική απόκλιση τόσο της θερμοκρασίας όσο και της βροχόπτωσης μεταβάλλεται με το γεωγραφικό πλάτος, αλλά εξαρτάται επίσης από το αν ο σταθμός είναι ηπειρωτικός ή παραθαλάσσιος. • Οι δύο αυτοί παράγοντες αντιπροσωπεύονται ικανοποιητικά από τα μοντέλα και εφόσον η τυπική απόκλιση εξαρτάται από αυτούς είναι λογικό να παρατηρείται αυτή η σχετικά καλύτερη εικόνα.
  17. 17. Συντελεστής συσχέτισης και αποτελεσματικότητας σε 30-ετή κλίμακα Annual Mean Temperature Min Monthly Temperature Seasonal Temperature DJF Max Monthly Temperature Annual Temperature Amplitude Seasonal Temperature JJA Annual Precipitation Max Monthly Precipitation Seasonal Precipitation DJF Seasonal Precipitation JJA 80.00 Percent (%) 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 60.00 40.00 20.00 0.00 0.00 <0 0-0.5 Efficiency in 30-year scale Annual Mean Temperature Min Monthly Temperature Seasonal Temperature DJF 0.5-1.0 <0 Max Monthly Temperature Annual Temperature Amplitude Seasonal Temperature JJA Max Monthly Precipitation Seasonal Precipitation DJF 0.5-1.0 Seasonal Precipitation JJA 30.00 Min Monthly Precipitation 25.00 25.00 20.00 Percent (%) 20.00 15.00 10.00 15.00 10.00 Correlation in 30-year scale ,1 .0 0] ,0 .7 5] Correlation in 30-year scale [0 .7 5 ,0 .5 0] [0 .5 0 25 ] [0 .2 5 [0 ,0 . -0 .5 ] [- 0 .5 ,- 0 .2 5] [- 0 .2 5, 0] 75 ] -0 . 0, [- 1 .0 25 ] [0 .2 5, 0. 50 ] [0 .5 0, 0. 75 ] [0 .7 5, 1. 00 ] [0 ,0 . [- 0 .2 5, ,- 0 .2 [- 0 .5 [- 0 .7 0, -0 0] 0.00 5] 0.00 5, -0 .5 ] 5.00 .7 5] 5.00 [- 1 .0 Percent (%) 0-0.5 Efficiency in 30-year scale Annual Precipitation [- 0 .7 5, Percent (%) 100.00 Min Monthly Precipitation • Η πλειονότητα των εξεταζόμενων σταθμών παρουσιάζει αρνητικό συντελεστή αποτελεσματικότητας. • Μεγάλο ποσοστό των σταθμών έχει χαμηλές τιμές του συντελεστή συσχέτισης, ακόμη και αρνητικές στη θερμοκρασία και στη βροχόπτωση.
  18. 18. -400 0.5 -0.5 0.0 -1.0 -1.5 1.5 100 -600 0 -200 -300 1.0 0.5 -0.5 0.0 -1.0 600 Strasbourg Stuttgart Tartu Timosoara Tokyo Strasbourg Stuttgart Tartu Timosoara Tokyo Wien Rio Branca Rio Branca Wien Punta Arenas Punta Arenas Uccle Posadas Posadas Valdivia Philipstown Philipstown Uccle Osaka Osaka Valdivia Nome Obs Met Nacional Obs Met Nacional Napoleon Nome Maree Post Office Madrid Madrid Napoleon Luqa Luqa Manaus Lahore Lahore Manchester Lagos Lagos Manaus Kzyl-Orda Kzyl-Orda Manchester Kimberley Kimberley Maree Post Office Key West Khartoum Key West Khartoum Jakarta Jerusalem Jakarta Jerusalem Helsinki Helsinki Henbury Gavle Gavle Hiroshima Gauhati Gauhati Henbury Gabes Gabes Akureyri De Bilt De Bilt Wroclaw Zagreb Zurich Zagreb Zurich Vologda Wroclaw Uccle Vologda Uccle Wien Tokyo Tokyo Winnipeg Tashkent Tashkent Wien Swift Current Swift Current Winnipeg Salehard San Antonio Saint Leo San Antonio Punta Arenas Saint Leo Salehard Port Elizabeth Punta Arenas Paris Plymouth Plymouth Paris Port Elizabeth Nome Osaka Osaka Nantes Nome Napoleon Munchen Nantes Munchen Napoleon Luqa Mahackala Luqa Mahackala Kyoto Lahore Lahore Kimberley Kimberley Kyoto Key West Khartoum Key West Indore Jerusalem Indore Jerusalem Khartoum Helsinki Hobart Regional Office Hobart Regional Office Hay Miller Hay Miller Helsinki Hamamatsu Geneve Funchal Fort Myers Durban Dubbo Hamamatsu Geneve Funchal Fort Myers Durban Dubbo Curitiba Cuiaba Curitiba Corpus Christ Cuiaba Cordoba Calgary Calcutta Budapest Bismarck Berlin Beevile Barnaul Bahia Blanca Corpus Christ Cordoba Calgary Calcutta Budapest Bismarck Berlin Beevile Barnaul Bahia Blanca Observations Hiroshima Fort Myers Fort Myers Farina -100 Farina Observations Entebbe (airport) Climatic models Entebbe (airport) De Bilt Curitiba Cuiaba Corrientes Corpus Christ Constantine Casablanca Calgary Calcutta Budapest Bistrita Bismarck Beirut Beeville Bahia Blanca Akureyri Climatic models 400 200 0 -200 -400 -800 Climatic models Observations Τα κλιματικά μοντέλα στην πλειονότητα των σταθμών που εξετάστηκαν αδυνατούν να προβλέψουν την διακύμανση του 30ετούς μέσου στον 20ο αιώνα. • Adelaide 1.5 De Bilt 1.0 • Addis Abeba Adelaide DT (1900-2000) (oC), Annual Mean Temperature 2.0 Curitiba Cuiaba Corrientes Corpus Christ Constantine Casablanca Calgary Calcutta Budapest Bistrita -1000 Bismarck -1.5 Beirut 2.0 Beeville Adelaide DT (1900-2000) (oC), Seasonal Temperature JJA -2.0 Bahia Blanca 200 Adelaide DP (1900-2000) (mm), Annual Precipitation 2.5 Addis Abeba DP (1900-2000) (mm), Seasonal Precipitation JJA Διακύμανση του 30-ετούς μέσου στον 20ο αιώνα 2.5 Climatic models Observations Σε πολλές περιπτώσεις τα μοντέλα προβλέπουν αντίθετη μεταβολή από αυτήν που στην πραγματικότητα έχει συμβεί.
  19. 19. Μέγιστη διακύμανση του 30-ετούς μέσου CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG 6.0 3.0 5.0 Max. fluctuation of modelled series (Seasonal Temperature DJF) Max. fluctuation of modelled series (Annual Mean Temperature) 3.5 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -1.5 -0.5 0.5 1.5 2.5 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 -1.0 -2.0 -3.0 -4.0 -4.0 3.5 Max. fluctuation of observed tem perature series -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 Max. fluctuation of observed tem perature series CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG 200.0 Max. fluctuation of modelled series (Seasonal Precipitaion DJF) Max. fluctuation of modelled series (Annual Precipitaion) 500.0 0.0 -500.0 -1000.0 -1000.0 -500.0 0.0 500.0 Max. fluctuation of observed precipitation series 150.0 100.0 50.0 0.0 -50.0 -100.0 -150.0 -200.0 -200.0 -100.0 0.0 100.0 200.0 Max. fluctuation of observed precipitation series
  20. 20. Συγκεντρωτικά αποτελέσματα επιφανειακής σύγκρισης • • • Στην μηνιαία χρονική κλίμακα τα μοντέλα γενικά αναπαράγουν την ακολουθία θερμών – ψυχρών και ξηρών – υγρών περιόδων. Ο μέσος συντελεστής συσχέτισης είναι 0.976 και 0.169, ενώ ο μέσος συντελεστής αποτελεσματικότητας είναι 0.876 και -2.072. Η εικόνα βέβαια αλλάζει στην ετήσια κλίμακα. Ο μέσος συντελεστής συσχέτισης για όλες τις χρονοσειρές που εξετάστηκαν είναι κοντά στα μηδέν ενώ ο συντελεστής αποτελεσματικότητας παίρνει αρνητικές τιμές. Σημαντική απόκλιση παρατηρείται στην εκτίμηση του συντελεστή Hurst και της τυπικής απόκλισης. Στην 30-ετή κλίμακα, ο μέσος συντελεστής συσχέτισης αυξάνεται ελαφρώς, αλλά ο μέσος συντελεστής αποτελεσματικότητας είναι έντονα αρνητικός ενώ παράλληλα υπάρχει μεγάλη απόκλιση στην εκτίμηση της διακύμανσης του 30-ετούς μέσου κατά τον 20ο αιώνα και της μέγιστης διακύμανσης του 30-ετούς μέσου καθ` όλη τη διάρκεια μελέτης.
  21. 21. Συντελεστής Hurst και τυπική απόκλιση Ετήσια Κλίμακα/ Συντελεστής Τυπική Θερμοκρασία Hurst απόκλιση Ετήσια Μέση θερμοκρασία 0.765 0.442 Μέγιστη Μηνιαία θερμοκρασία 0.762 Ελάχιστη Μηνιαία θερμοκρασία Ετήσια Κλίμακα/ Συντελεστής Τυπική Βροχόπτωση Hurst απόκλιση Συνολική βροχόπτωση 0.628 52.175 0.621 Μέγιστη Μηνιαία βροχόπτωση 0.420 8.897 0.515 1.450 Ελάχιστη Μηνιαία βροχόπτωση 0.469 7.252 Ετήσιο θερμοκρασιακό εύρος 0.555 1.519 Εποχιακή βροχόπτωση ΔΙΦ 0.412 20.666 Εποχιακή θερμοκρασία ΔΙΦ 0.662 0.990 Εποχιακή βροχόπτωση ΙΙΑ 0.522 19.414 Εποχιακή θερμοκρασία ΙΙΑ 0.787 0.500 Max Monthly Temperature Seasonal Temperature DJF Min Monthly Temperature Seasonal Temperature JJA Annual Precipitation Winter Precipitation Annual Max Precipitation Summer Precipitation Annual Min Precipitation 80.00 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 -10.0 -20.0 -30.0 -40.0 -50.0 Percent ( ±% ) Percent ( ±% ) Annual Mean Temperature Annual Temperature Amplitude 60.00 40.00 20.00 0.00 -20.00 -40.00 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG Difference from observed Hurst Coefficient ECHAM4-GG Difference form observed Hurst Coefficient Max Monthly Temperature Seasonal Temperature DJF Min Monthly Temperature Seasonal Temperature JJA 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 -10.0 -20.0 -30.0 -40.0 -50.0 Annual Precipitation Winter Precipitation Percent ( ±% ) Percent ( ±% ) Annual Mean Temperature Annual Temperature Amplitude CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 Difference from observed Standard Deviation ECHAM4-GG Annual Max Precipitation Summer Precipitation Annual Min Precipitation 30.00 20.00 10.00 0.00 -10.00 -20.00 -30.00 -40.00 -50.00 -60.00 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 Difference from observed Standard Deviation ECHAM4-GG
  22. 22. Διακυμάνσεις του 30-ετούς μέσου όρου (θερμοκρασία) 30-ετής Κλίμακα/ DT (All Period) DT (1900-2000) maxDT Ετήσια Μέση θερμοκρασία 0.55 0.32 0.56 Μέγιστη Μηνιαία θερμοκρασία 0.64 0.37 0.73 Ελάχιστη Μηνιαία θερμοκρασία 0.38 0.19 -0.81 Εποχιακή θερμοκρασία ΔΙΦ 0.75 0.45 0.89 Εποχιακή θερμοκρασία ΙΙΑ 0.56 0.43 0.58 Θερμοκρασία Annual Mean Temperature Seasonal Temperature DJF Max Monthly Temperature Seasonal Temperature JJA Min Monthly Temperature Annual Mean Temperature Seasonal Temperature DJF 300.00 Percent ( ±% ) 100.00 Min Monthly Temperature 400.00 50.00 0.00 -50.00 -100.00 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG 200.00 100.00 0.00 -100.00 -200.00 CGCM3-20C3M-T47 Difference from observed DT (All period) PCM-20C3M Max Monthly Temperature Seasonal Temperature JJA Min Monthly Temperature 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 -50.00 -100.00 CGCM3-20C3M-T47 ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 Difference from observed DT (1900-2000) Annual Mean Temperature Seasonal Temperature DJF Percent ( ±% ) Percent ( ±% ) 150.00 Max Monthly Temperature Seasonal Temperature JJA PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 Difference from observed maxDT ECHAM4-GG ECHAM4-GG
  23. 23. Διακυμάνσεις του 30-ετούς μέσου όρου (βροχόπτωση) 30-ετής Κλίμακα/ DP (All Period) DP (1900-2000) maxDP Συνολική βροχόπτωση 28.17 34.68 53.72 Μέγιστη Μηνιαία βροχόπτωση 2.57 3.96 4.89 Ελάχιστη Μηνιαία βροχόπτωση 2.12 1.34 3.70 Εποχιακή βροχόπτωση ΔΙΦ -5.58 1.41 -8.75 Εποχιακή βροχόπτωση ΙΙΑ 3.32 5.51 13.63 Βροχόπτωση Annual Precipitation Winter Precipitation Annual Max Precipitation Summer Precipitation Annual Min Precipitation Annual Precipitation Winter Precipitation Annual Min Precipitation 0.00 Percent ( ±% ) 0.00 -50.00 -100.00 -150.00 -200.00 CGCM3-20C3M-T47 PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 ECHAM4-GG -50.00 -100.00 -150.00 -200.00 CGCM3-20C3M-T47 Difference from observed DP (All period) PCM-20C3M Annual Max Precipitation Summer Precipitation Annual Min Precipitation 0.00 -50.00 -100.00 -150.00 -200.00 CGCM3-20C3M-T47 ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 Difference from observed DP (1900-2000) Annual Precipitation Winter Precipitation Percent ( ±% ) Percent ( ±% ) 50.00 Annual Max Precipitation Summer Precipitation PCM-20C3M ECHAM5-20C3M CGCM2-A2 HADCM3-A2 Difference from observed maxDP ECHAM4-GG ECHAM4-GG
  24. 24. Συνοψίζοντας… • • • Η επιστήμη της κλιματολογίας κυριαρχείται σήμερα πλήρως από ντετερμινιστικά στερεότυπα τα οποία υπαγορεύουν ότι τα GCM μπορούν να προβλέψουν με αξιοπιστία το μελλοντικό κλίμα. Τέθηκαν τα εξής ερωτήματα: (1) επιβεβαιώνεται το επιχείρημα των υποστηρικτών των κλιματικών μοντέλων ότι τα μοντέλα δίνουν αξιόπιστα αποτελέσματα σε ηπειρωτική κλίμακα και άνω; (2) Οι γεωγραφικά κατανεμημένες προβλέψεις είναι αρκετά αξιόπιστες προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σε περαιτέρω μελέτες; Η απάντηση στην πρώτη ερώτηση επιχειρήθηκε να δοθεί πραγματοποιώντας επιφανειακή ολοκλήρωση των αποτελεσμάτων των μοντέλων και των ιστορικών δεδομένων. Η απάντηση στην δεύτερη ερώτηση επιχειρήθηκε να δοθεί συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των κλιματικών μοντέλων με ιστορικές χρονοσειρές 55 σταθμών από όλο τον κόσμο.
  25. 25. Συμπεράσματα • • • • • Στην μηνιαία χρονική κλίμακα τα κλιματικά μοντέλα αναπαράγουν αποτελεσματικά την ακολουθία υγρών/ξηρών ή θερμών/ψυχρών περιόδων σε όλους τους σταθμούς που εξετάστηκαν αλλά και στην επιφανειακή σύγκριση που πραγματοποιήθηκε στις ΗΠΑ. Στην ετήσια και την κλιματική (30-ετή) κλίμακα τα πράγματα είναι απογοητευτικά. Τα κλιματικά μοντέλα αδυνατούν να αναπαράγουν τις διακυμάνσεις μεγάλης κλίμακας των ιστορικών χρονοσειρών και στις περισσότερες περιπτώσεις υποεκτιμούν τον συντελεστή Hurst και την τυπική απόκλιση τους. Οι έντονα αρνητικές τιμές του συντελεστή αποτελεσματικότητας υποδεικνύουν ότι οι προβλέψεις των μοντέλων είναι πολύ χειρότερες ακόμη και από μία πολύ στοιχειώδη πρόβλεψη βασισμένη στη μέση τιμή. Κανένα από τα μοντέλα δεν φαίνεται να αποδίδει καλύτερα από το άλλο σε κανέναν από τους στατιστικούς δείκτες και παραδόξως τα μοντέλα του AR4 δεν αποδίδουν καλύτερα από αυτά του TAR. Οι κλιματικές διεργασίες είναι πολύ πολύπλοκες και μπορούν να περιγραφούν αποτελεσματικότερα κάτω από ένα πιθανοτικό – στοχαστικό πλαίσιο παρά με ντετερμινιστικά μοντέλα που αδυνατούν να προσομοιώσουν τις χαοτικές αλληλεπιδράσεις των κλιματικών συνιστωσών.

×