Prognoza

Tym razem prognoza „wiekowych zmian klimatu” w wydaniu prof. J. Boryczki.

Prognozę na przyszły wiek prof. Boryczka przedstawia już od ponad 20 lat. Jego metoda polega na dopasowaniu „sinusoid regresji” do danych pomiarowych, co moim zdaniem jest cokolwiek problematyczne.

Najlepiej przedstawić na sam początek prognozę średnich temperatur rocznych w Warszawie:

Dane pomiarowe kończą się jak widać na silnym skoku temperatur pomiędzy 1975 a 2000. Najprawdopodobniej jest to rok 1989 albo 1990, który istotnie był wyjątkowo ciepły. Co ciekawe po tym ekstremum prognoza wskazuje na ochłodzenie, szczególnie silne w pierwszych latach XXI w. Od okolic 2005 do końca prognozy przebieg temperatur nie wykazuje już żadnego trendu i trzyma się na średnim poziomie około 7.1°C, wg pomiarów w latach 2005-2013 było to 9.0°C.

W rzeczywistości więc z niczym takim do czynienia jak na razie nie mieliśmy, w Warszawie od przełomu lat 80-tych i 90-tych cieplej było chociażby w 2000, 2007 i 2008. Średnia temperatura w latach 2001-2013 była tam o 0.3°C wyższa, niż w poprzednich 13 latach, tj. 1988-2000. W skali kraju różnica ta była nieco niższa i wyniosła 0.2°C. Należy zwrócić jeszcze uwagę na to, że wykres ten najprawdopodobniej nie przedstawia pomiarów z Okęcia, tylko z homogenizowanej serii H. Lorenc. Świadczy o tym pik temperatury na samym końcu pomiarów rzeczywistych na wykresie o wartości około 9.8°C. Tyle właśnie wg rekonstrukcji H. Lorenc miał rok 1989, podczas gdy wg pomiarów na Okęciu było to 9.5°C. Należy więc uznać, iż prognoza odniesiona do Okęcia wskazywała na spadek temperatur średnich rocznych po roku 2005 do wartości niższych od 7.0°C.

U Boryczki czytamy również:

Najmroźniejsze zimy, o średniej temperaturze -7°C, wystąpią prawdopodobnie około roku 2050. Według wypadkowej letnich cykli temperatury powietrza chłodne lata wystąpią w latach 2011-2020.

Póki co nie widać również ochłodzenia lata, zaś prognozy oparte o modele ogólnej cyrkulacji wskazują na jego dalsze ocieplanie. Można dyskutować, czy jest to zasadne, czy raczej należy oczekiwać czasowego zatrzymania tego trendu – modele GCM mogą nie uchwycić naturalnej zmienności w krótkich skalach czasowych i przestrzennych.

Wątpliwości budzi również początek wykresu. Pierwsza dekada XVIII w. ogólnie jest uznawana za bardzo chłodną, to właśnie wtedy wystąpiła szczególnie ostra zima 1708/1709. W przedstawionej wyżej prognozie początek XVIII wieku jawi się jako znacznie cieplejszy od początku wieku XXI.

Kolejny problem uwidacznia się, kiedy porównamy prognozy dla dwóch różnych lokalizacji. W pracy „Cykliczne wahania temperatury i opadów w Polsce” (Acta Agrophysica, 2004, 3(1), 21-33) prof. Boryczka pokazuje wykres zmian temperatury dla Warszawy i Krakowa:

Pierwsze co widzimy, to gwałtowne ochłodzenie zimy, jeszcze przed rokiem 2000 – o około 2°C. Ostatecznie w stosunku do lat wcześniejszych istotnie się ochłodziło, ale o 1°C (w średnich konsekutywnych 11-letnich, o których dalej wspomina prof. Boryczka). Z wykresu można odnieść wrażenie, że zimy w chwili obecnej (połowa okresu między 2000 a 2025) powinny być na poziomie tych z lat 60-tych XX w. Póki co tego nie widać, ostatnie 11 lat jest o około 1-2ºC cieplejsze. Druga wątpliwość dotyczy przedstawionego przebiegu zmian temperatury w szczególności po 2050. W pewnym momencie zima w Krakowie miałaby ulec gwałtownemu ociepleniu, podczas gdy w Warszawie nie. W szczególności prognozowany trend od okolic roku 2055 jest ujemny dla Warszawy i silnie dodatni dla Krakowa. Problem polega na tym, że jeśli rozważamy czynniki zewnętrzne, jak w tym wypadku aktywność słoneczna, trend w obu tak bliskich sobie lokalizacjach powinien być z grubsza podobny. Dzieje się tak zresztą również w przypadku jakichkolwiek zmian klimatu (niezależnie czym wywołanych, czy to zmianami cyrkulacji, czy emisją GHG), co widać na tym samym wykresie – nieco większe różnice widać tu tylko na początku XX w., a i one są najprawdopodobniej efektem niehomogeniczności którejś z serii. Jednak nawet pomimo rozbieżności w seriach zachowany jest tu ogólny trend zmian, inaczej niż w prognozie po 2050. Być może częściowym powodem jest tu pewne przesunięcie prognozowanych anomalii w fazie, które widać już od początku XX w. – odpowiednie zmiany anomalii w Krakowie wydają się tu występować z pewnym opóźnieniem w stosunku do tych w Warszawie. Nie wyjaśnia to jednak skoku po 2050.

Najprawdopodobniej jest to zwyczajny artefakt spowodowany właśnie niehomogenicznością którejś z serii. Gdyby serie te były jednorodne, to wynik takich „sinusoid regresji”, niezależnie od tego czy sensowny, czy nie, powinien być z grubsza podobny – mówimy tu wszak o lokalizacjach będących pod wpływem niemalże tych samych czynników cyrkulacyjnych, a tym bardziej solarnych. Dla przykładu – nawet w stosunkowo odległych od siebie miejsc, jakimi są Cottbus i Suwałki, nie tylko długookresowe zmiany temperatury są ze sobą zgodne, ale nawet zmienność między roczna wykazuje sporą korelację.

Tymczasem u prof. Boryczki wyliczone okresy sinusoid mają bardzo różne wartości – szczególnie te wieloletnie. Przykładowo dla zimy w Warszawie wyliczył Boryczka cykl o okresie 218 lat, zaś dla Krakowa ten sam okres ma już tylko 168 lat.

Ciekawy jest również fragment innej pracy:

Średnia temperatura w zimie w 1830 roku wynosiła: 10,4 Lwów, –10,3 Kraków, –10,3 Wrocław, –10,1 Kijów, –9,7 Warszawa, –9,7 Wilno, –6,7 Wiedeń, –6,6 Berlin, –6,1 Praga, –5,4 Bazylea, –5,0 Budapeszt, –4,5 Kopenhaga, –3,5 Genewa.

Zwyczajnie zaciekawiło mnie, iż wg prof. Boryczki zima 1830 we Wrocławiu była równie chłodna, co w Warszawie. Nie jest to wykluczone, ale bardzo rzadkie. Okazuje się, że rzeczona zima pojawiła się w okresie zerwania homogeniczności serii wrocławskiej (wartość -10.3°C zgadza się z oryginalną serią Gallego). W homogenizowanej serii (K. Bryś, T. Bryś 2010) średnia temperatura tej zimy to -8.8°C. Bryś wyjaśnia różnicę w pracy wcześniejszej („The First One Hundred Years (1791–1890) of the Wrocław Air Temperature Series”, w publikacji „The Polish Climate in the European Context: An Historical Overview„):

More substantial discrepancies were noted in the years 1825–1832, during a comparison of the mean monthly air temperatures in Wrocław with notations from other Silesian stations. The cause may be found in a note made by Galle (1879), wherein he stated that a certain part of the measurements in these years were taken not by the main observer but by his assistant, who conducted them in another place, and, one can surmise, neither very assiduously nor skillfully.

Jasne jest więc, że przynajmniej w przypadku Wrocławia Boryczka użył danych surowych, niejednorodnych. Należy przy tym zauważyć, że nawet dane homogenizowane stanowią jedynie przybliżenie (wg autora danej homogenizacji jest to zawsze najlepsze możliwe przybliżenie) rzeczywistych warunków termicznych, jakie panowały w danym okresie czasu, a nie wartości rzeczywiste, ostateczne. Tworzenie „sinusoid regresji” na podstawie takich danych, a tym bardziej na podstawie danych niehomogenicznych, może prowadzić do niezbyt spójnych wyników. Przyjrzyjmy się prognozie dla Moskwy:

Powyższa seria wskazuje na gwałtowne ochłodzenie lata o ponad 2°C niemalże z roku na rok (przed 1860). Problem polega na tym, że podobne ochłodzenie nie wystąpiło w tym czasie nigdzie indziej i jest w sposób oczywisty zwykłym zerwaniem jednorodności serii (związanym np. z relokacją stacji, podobnie jak w ostatnim roku miało to miejsce w Elblągu, lub zmianą sposobu prowadzenia obserwacji – zmiana terminów, zmiana sposobu liczenia średniej dobowej, zastosowanie osłon itp.), a nie zjawiskiem rzeczywistym. Warto również zwrócić uwagę, że w rzeczywistości brak tu danych z lat 1857-1880.

Kolejny problem to dane aktywności słonecznej, które zostały tu użyte. Wiele wskazuje na to, że mogą nie być prawidłowe.

Paradoksalnie teza o cykliczności klimatu w Polsce ma spore podstawy – zimy w Polsce takiej cykliczności ewidentnie podlegają, co zapewne wynika z cykliczności NAO. Metoda prof. Boryczki całkiem nieźle sprawdza się dla zim w okresie, w  którym mamy pewność co do homogeniczności danych (po 1951). Aby jednak działała, do wyników należy dodać trend liniowy wartości ok. 0.3°C/10 lat – tu pozostaje spore pole do popisu dla interpretacji pochodzenia tego trendu . Ponieważ jednak odnotowane ochłodzenie nie było tak gwałtowne, jak wynika z wykresów powyżej (a w zasadzie w skali roku odnotowano nawet niewielkie ocieplenie), wydaje się że prof. Boryczka może nie doceniać tu wpływu czynnika antropogenicznego. Jest również szalenie trudne oszacowanie rzeczywistej amplitudy i długości cyklu 180-letniego na podstawie danych pomiarowych, ponieważ są one najczęściej niehomogeniczne, a liczne próby homogenizacji owych serii niekoniecznie dają spójne wyniki. Dodatkowo, o ile pamiętam, prof. Boryczka w żadnym miejscu nie wylicza, czy znalezione przez niego cykle są istotne statystycznie, a to zdecydowanie nie pomaga. Nie pomaga również fakt, że stosowanie czegoś na kształt transformaty Fouriera i ekstrapolowanie wyniku, często prowadzi na manowce.