Mit: Globalne ocieplenie to efekt miejskiej wyspy ciepła

Miejska wyspa ciepła to zjawisko manifestujące się podwyższoną temperaturą powietrza w rejonach miejskich, w porównaniu do otaczających je terenów niezurbanizowanych. Głównym mechanizmem odpowiadającym za cieplejszy klimat miast jest zmiana powierzchni terenu poprzez jego zabudowę, np. obecność asfaltowych dróg i betonowych budynków. Pewną rolę odgrywa też ciepło odpadowe, to znaczy niewykorzystana energia cieplna emitowana do otoczenia przez procesy cywilizacyjne, na przykład w postaci ciepła uciekającego z ogrzewanych budynków albo gorących gazów spalinowych.

Miejska wyspa ciepła jest więc rzeczywistym fenomenem i ma realny wpływ na żyjących w miastach ludzi, na przykład intensyfikując efekty letnich fal upałów i zwiększając ich uciążliwość zwłaszcza w nocy. Teza, którą zajmujemy się w niniejszym artykule idzie jednak znacznie dalej: postuluje, że globalne ocieplenie jest tylko (albo w większości) artefaktem pomiarowym – efektem pozornym, wynikającym z tego, że temperaturę mierzymy w stacjach meteorologicznych położonych w rozrastających się, coraz cieplejszych miastach, podczas gdy poza miastami klimat się nie ociepla (albo ociepla się w znacznie mniejszym tempie).

Poniżej przedstawimy więc listę głównych powodów, dla których jesteśmy przekonani że globalne ocieplenie klimatu jest rzeczywistym zjawiskiem, a efekt miejskiej wyspy ciepła ma na nie niewielki wpływ.

1. Wzrost temperatury dotyczy również oceanów, których zjawisko miejskiej wyspy ciepła nie dotyczy. Poza tym obserwujemy też inne zmiany wielu aspektów systemu klimatycznego, spójne ze wzrostem temperatury.

Oceany pokrywają 70% powierzchni planety, więc to pomiary temperatury wody morskiej (wykonywane różnymi technikami – przez statki, boje pomiarowe, dryfujące i nurkujące sondy, satelitarnie, patrz Jak i po co mierzymy temperaturę oceanu – pomiary bezpośrednie), a nie te przeprowadzane w stacjach meteorologicznych, mają proporcjonalnie największy wpływ na raportowaną w analizach klimatycznych średnią temperaturę globalną.

Oprócz tego mierzymy wzrost temperatury dolnych warstw atmosfery, zmianę wysokości tropopauzy, zwiększenie wilgotności atmosfery, tajanie wiecznej zmarzliny, lodowców górskich i lądolodów, zmiany występowania zasięgu roślin i zwierząt – wszystkie te zjawiska są oczekiwane w sytuacji, gdy dochodzi do ocieplania lądów, i trudno byłoby je wytłumaczyć, gdyby takie ocieplenie nie zachodziło.

2. Stacje meteorologiczne nie są położone wyłącznie w miastach

Klimatolodzy wiedzą o istnieniu zjawiska miejskiej wyspy ciepła od dwustu lat, i zdają sobie sprawę że warunki rejestrowane w stacjach meteorologicznych umiejscowionych w miastach nie są reprezentatywne dla obszarów pozamiejskich. Dlatego globalna sieć pomiarowa obejmuje też obszary wiejskie i wolne od wpływu urbanizacji. Dla przykładu, w Polsce meteorologiczna sieć pomiarowo-obserwacyjna IMGW-PIB zawiera 63 stacji synoptycznych I rzędu i 220 stacji meteorologicznych II rzędu, z czego większość położona jest na obrzeżach obszarów zabudowanych albo na terenach wiejskich. Nie mamy więc wątpliwości, że ocieplenie klimatu Polski jest realnym fenomenem, a nie skutkiem tego że klimatolodzy temperaturę mierzą w centrum miast.

3. Nawet w miastach wpływ miejskiej wyspy ciepła na mierzone zmiany temperatury nie zawsze prowadzi do zwiększenia rejestrowanego ocieplenia.

Osoby negujące występowanie globalnego ocieplenia często przekonują, że pomiary temperatury niegdyś były prowadzone na obrzeżach miast, a potem, wraz z rozrastaniem się obszarów zurbanizowanych, stacje meteorologiczne podlegały coraz większemu wpływowi efektu miejskiej wyspy ciepła. W rzeczywistości procesy te bywały jednak bardziej skomplikowane, a wpływ miejskiej wyspy ciepła mógł być nieoczywisty albo sprzeczny z popularną intuicją. 

W Europie pomiary meteorologiczne zazwyczaj zaczynano od centrów miast – w dużych ośrodkach naukowych czy uniwersyteckich – i dopiero potem przenoszono je poza miasta, aby można je było prowadzić w warunkach niezakłóconych wpływem urbanizacji (Skrzyńska 2020). 

Czasami intensywność efektu miejskiej wyspy ciepła stabilizowała się i nie miała znaczącego wpływu na trendy temperatur mierzonych w okresie przypadającym na antropogeniczne globalne ocieplenie (czyli XX i XXI wiek); taki stan rzeczy stwierdzono na przykład w przypadku stacji w St. James Park w ścisłym centrum Londynu (Jones i Lister, 2009). Powiązany z tym jest fakt, że z powodów historycznych wiele europejskich miejskich stacji meteorologicznych położonych jest w obrębie parków i innych terenów zielonych.

Ilustracją tego może być porównanie pomiarów i położenia stacji klimatologicznej Warszawa-Bielany (Il. 4a), położonej przy Lasku Bielańskim w Warszawie, i w Różanymstoku (wieś w woj. podlaskim o liczbie mieszkańców poniżej 400 osób, Il. 4b). Długoletnie trendy rejestrowane przez obie stacje są niemal identyczne, i bardzo podobne do trendu obliczonego dla średniej obszarowej zmiany temperatury całej Polski (Il. 4c).

4. Tam, gdzie wpływ miejskiej wyspy ciepła jest znaczący, można go wykryć i usunąć ze zbiorów danych

Obszary, w których możemy podejrzewać największy wpływ miejskiej wyspy ciepła – gęsto zaludnione i zurbanizowane rejony średnich szerokości geograficznych półkuli północnej – są też objęte gęstą siecią obserwacyjną. Jednocześnie, z powodu fizycznych właściwości atmosfery, zmiany średniej temperatury miesięcznej czy rocznej są na dużych obszarach podobne (mówiąc językiem bardziej naukowym, pole anomalii temperatury ma niewiele przestrzennych stopni swobody): jeśli jest zimny miesiąc w Warszawie, zazwyczaj jest też zimny również w Radomiu czy Lublinie. Oznacza to, że pomiary meteorologiczne w takich rejonach są nadpróbkowane (są zbierane w większej liczbie miejsc, niż to konieczne), i posiadamy wystarczającą ilość danych by wykryć nie tylko zmiany temperatury, ale i czynniki pozaklimatyczne które na pomiar wpływają.

Poprzez analizę statystyczną pomiarów wykonywanych w różnych stacjach meteorologicznych (a w przypadku pomiarów temperatury mogą one być nawet odległe o kilkaset kilometrów) można więc zidentyfikować i skorygować, w procesie zwanym homogenizacją, wpływ zmian lokalizacji stacji, jej otoczenia (np. wyrośnięcie, w przeciągu kilkudziesięciu lat, zagajnika drzew w bezpośrednim otoczeniu ogródka meteorologicznego, a potem jego wycięcie), zmiany oprzyrządowania czy rodzaju klatki meteorologicznej, godzin wykonywania pomiarów, a nawet sposobu w jaki są zaokrąglane i zapisywane cyfry znaczące wyniku pomiaru (np. Wallis i in., 2024). W podobny sposób można określić wpływ efektu miejskiej wyspy ciepła na pomiary przeprowadzane w danym miejscu, i wpływ ten uwzględnić jako jedną ze składowych niepewności pomiarowej, albo nawet usunąć z analizowanych ciągów liczb, rekonstruując zmiany temperatury tak, jakby były mierzone poza miastami, proporcjonalnie do powierzchni zajmowanej przez tereny zurbanizowane (przykłady takich analiz można znaleźć w Wang i in., 2015 dla Chin czy w Huang i in., 2024 dla USA).

Choć metody statystyczne używane w homogenizacji nie są doskonałe i szeregi temperatur mogą wciąż zawierać nieskorygowane błędy systematyczne, szacuje się (w oparciu o porównanie z pomiarami wykonywanymi w samych lokalizacjach wiejskich, czy temperatur oceanów i dolnych warstw troposfery, a także reanaliz historycznych) że efekt miejskiej wyspy ciepła zawyża wielodekadowy trend globalnej temperatury lądowej o nie więcej niż 10% (IPCC AR5 WG1, 2.4.1.3, 2013, 2013). Jak wspomnieliśmy wyżej, proporcjonalny wkład w zmianę temperatury globalnej, zdominowanej przez pomiary temperatury oceanów, jest jeszcze mniejszy.

Piotr Florek, konsultacja merytoryczna: dr Aleksandra Kardaś