Διερεύνηση και αξιολόγηση μεθόδων ομογενοποίησης υδροκλιματικών δεδομένων

Abstract

Η διπλωματική αυτή εστιάστηκε στη μελέτη των ανομογενειών των χρονοσειρών θερμοκρασίας των τελευταίων περίπου εκατό χρόνων, των μεθόδων διόρθωσής τους και των αποτελεσμάτων της διόρθωσης αυτής και εξελίχθηκε σε τρεις κατευθύνσεις: Από συστηματική βιβλιογραφική διερεύνηση καταγράφηκαν, ταξινομήθηκαν και αξιολογήθηκαν οι παρατηρούμενες ανομογένειες στις ιστορικές και σύγχρονες χρονοσειρές θερμοκρασίας και οι μέθοδοι διόρθωσής τους. Διαπιστώθηκε ότι οι μέθοδοι αυτές είναι κυρίαρχα στατιστικές και όχι επαρκώς τεκμηριωμένες πειραματικά και συνήθως δεν υποστηρίζονται από μεταδεδομένα. Σε πολλές μάλιστα περιπτώσεις οι προτεινόμενες διορθώσεις δεν είναι καν στατιστικά σημαντικές. Από την παγκόσμια βάση δεδομένων GHCN-Monthly Version 2 εξετάστηκαν όλοι οι σταθμοί που περιείχαν αρχείο αρχικών και επεξεργασμένων δεδομένων και ικανοποιούσαν ορισμένα κριτήρια χρονικής πληρότητας. Ειδικά για τις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, λόγω του μεγάλου πλήθους των διαθέσιμων σταθμών, επιλέχτηκε αριθμός σταθμών που προέκυψε με κατάλληλη δειγματοληψία. Συνολικά εξετάστηκαν 181 σταθμοί παγκοσμίως, στους οποίους υπολογίστηκε η διαφορά των γραμμικών τάσεων εκατονταετίας μεταξύ διορθωμένων και μη δεδομένων. Διαπιστώθηκε ότι στα 2/3 περίπου των σταθμών η ομογενοποίηση αύξησε τις θετικές τάσεις ή μείωσε τις αρνητικές. Έγινε εφαρμογή της κυριότερης μεθόδου ομογενοποίησης SNHT for single shifts σε συνθετικά δεδομένα με επιλεγμένα στατιστικά χαρακτηριστικά με και χωρίς την προσθήκη τεχνητού άλματος. Η μέθοδος είχε ικανοποιητική συμπεριφορά σε ανεξάρτητα δεδομένα που ακολουθούν κανονική κατανομή, αλλοίωσε όμως ομογενείς χρονοσειρές που παρουσίαζαν μακροπρόθεσμη εμμονή. Τα παραπάνω συμπεράσματα θέτουν ορισμένες δεσμεύσεις για τις διαδικασίες ομογενοποίησης και οδηγούν στην άποψη ότι μια πιθανή αύξηση της θερμοκρασίας τον τελευταίο αιώνα φαίνεται να είναι μεταξύ 0.4οC και 0.7οC, τιμές που έχουν προκύψει από αδιόρθωτα και διορθωμένα στοιχεία αντίστοιχα.

This study focuses on the inhomogeneities of temperature time series covering the last 100 years, as well as on the methods used for their adjustment, and has three components. Based on a systematic study of scientific literature, observed inhomogeneities in historical and modern time series and their adjustement methods were recorded, classified and evaluated. It was found that these methods are mainly statistical, not well documented by experiments and are rarely supported by metadata. In many of the cases studied the proposed corrections are not even statistically significant. From the global database GHCN-Monthly Version 2 all stations containing both raw and adjusted data and satisfying certain criteria of continuity were examined. Specifically concerning the United States of America, because of the big number of available stations, stations were chosen after a suitable sampling. 181 stations in total were analysed globally. For these stations the differences between the adjusted and non-adjusted linear 100-year trends were calculated. It was found that in the two thirds of the cases, the homogenisation procedure increased positive or decreased the negative temperature trends differences. The most common homogenisation method ‘SNHT for single shifts’ was applied to synthetic time series with selected statistical characteristics, occasionally with offsets. The method was satisfactory when applied to data following the normal distribution, but not in data with long-term persistence. The above results put some constraints in the use of homogenisation procedures and tend to indicate that the global temperature increase during the last century is between 0.4οC and 0.7οC, estimates derived from raw and adjusted data, respectively.