Globalne ocieplenie, czyli wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi, to zjawisko, które obecnie w znacznym stopniu definiuje naszą rzeczywistość. Jak w przekonujący sposób przedstawić je graficznie? Klimatyczna spirala i klimatyczne paski to chyba najbardziej znane przykłady przemawiających do wyobraźni wizualizacji zmiany klimatu. Dziś przedstawiamy także kilka innych. 

Globalne ocieplenie - różne wizualizacje, kolaż.
Ilustracja 1: Kolaż wizualizacji. Klimatyczna spirala NASA, zestaw map Met Office Hadley Centre i klimatyczne paski Eda Hawkinsa. Szczegóły – patrz dalej.

Globalne ocieplenie – po prostu wykres

Jeśli chcesz w prostej formie pokazać widzom czy czytelnikom, jak bardzo wzrosła już średnia temperatura powierzchni Ziemi, dość oczywistym rozwiązaniem będzie użycie zwykłego wykresu średnich temperatur dla kolejnych lat. Gotowe, aktualne wykresy znajdziesz w wielu źródłach, na przykład na stronie NASA GISS (Global Annual Mean Surface Air Temperature Change), NOAA, czy Berkeley Earth (zobacz podsumowanie dla ostatniego roku, np. 2021). W podsumowaniach, takich jak doroczny Raport o stanie klimatu Światowej Organizacji Meteorologicznej, znajdziesz też wykresy, na których umieszczono dane pochodzące od kilku zespołów badawczych. Każda grupa stosuje trochę inne metody opracowania danych – np. radzenia sobie z przypadkami, w których danych brakuje – dlatego ich wyniki dla poszczególnych lat nieco się różnią. Wszyscy jednak zgadzają się co do ogólnego trendu. 

Globalne ocieplenie: wykres anomalii średniej globalnej temperatury, sześć linii pokazuje dane pochodzące od sześciu grup.
Ilustracja 2: Wykres anomalii średniej globalnej temperatury względem czasów przedprzemysłowych (1850-1900). Dane pochodzą od sześciu zespołów: Met Office Hadley Centre (HadCRUT5), NOAA, NASA GISS (GISTEMP), ECMWF (ERA5), Japan Meteorological Agency (JRA-55) i Berkeley Earth. Wykres przygotowany przez brytyjski Met Office przedstawiamy za raportem State of the Global Climate 2021 Światowej Organizacji Meteorologicznej. 

Na wykresach na ogół nie przedstawia się wartości średniej temperatury, a jej anomalię, to jest odchylenia od średniej z jakiegoś okresu, nazywanego okresem referencyjnym lub bazowym (czyli po prostu okresem, do którego się odnosimy). Widzimy więc, czy kolejne lata były cieplejsze czy chłodniejsze od średniej z wybranego okresu. 

Przeglądając strony poszczególnych zespołów badawczych, możesz zauważyć, że używają one na co dzień różnych okresów bazowych. Nie wpływa to na kształt wykresów. Różnica między największymi i najmniejszymi wartościami będzie taka sama, niezależnie od tego, względem jakiego okresu liczymy anomalie. Więcej na temat anomalii i okresów referencyjnych przeczytasz w naszym artykule Co to właściwie jest anomalia?

Globalne ocieplenie: wykres globalnej średniej temperatury, średnie roczne i wersja wygładzona.
Ilustracja 3: Wykres anomalii średniej globalnej temperatury względem okresu 1951-1980, średnie roczne (linia czarna z kwadracikami) oraz dane wygładzone metodą LOWESS (linia czerwona). Patrząc na czerwoną, wygładzoną linię lepiej dostrzegamy charakter długoterminowych zmian temperatury. Źródło: NASA GISS.

niektórych wykresach, oprócz danych dla każdego roku czy wręcz miesiąca, widać także linię pokazującą dane „wygładzone” z użyciem mniej lub bardziej wyrafinowanej metody matematycznej – tzw. „filtra”. Wygładzenie wykresu pozwala na łatwiejsze dostrzeżenie na wykresie długoterminowych trendów. To odpowiednik usunięcia szumu z nagrania audio. W przypadku wykresu temperatury, szumem są jej krótkoterminowe zmiany, np. związane z przepływami energii między oceanami i atmosferą albo zmianami aktywności słonecznej.

Klimatyczna spirala

Statyczny wykres pozwala na łatwe odczytywanie wartości dla konkretnych lat i ocenę całkowitego wzrostu średniej temperatury w dłuższym okresie. Nie jest jednak za bardzo atrakcyjny wizualnie. Bardzo atrakcyjna i przemawiająca do wyobraźni jest natomiast tzw. „klimatyczna spirala”, stworzona pierwotnie przez prof. Eda Hawkinsa a następne wykorzystywana także przez innych, np. NASA

Ilustracja 4: Klimatyczna spirala. Okrąg oznaczony zerem to średnia z lat 1951-1980. Oglądamy, jak temperatura w kolejnych miesiącach kolejnych lat miała się do tej średniej (kolor niebieski oznacza temperaturę niższą a czerwony – wyższą od niej). Wizualizację zainspirowaną projektem Eda Hawkinsa (University of Reading) przygotowało NASA/GSFC SVS.

Spirala jest z założenia pokazywana w wersji animowanej, co wzmaga u odbiorcy wrażenie obcowania z danymi, które zmieniają się w czasie. Widzimy, jak na wizualizację nanoszone są kolejne punkty, odpowiadające anomaliom temperatury w kolejnych miesiącach (o ich wielkości mówi odległość punktu od środka wykresu). Spodziewamy się, że mimo pewnych naturalnych wahnięć, co roku będziemy wracać z grubsza w to samo miejsce (bo temperatury będą mieć co roku mniej więcej te same wartości). Okazuje się jednak, że jest inaczej. Kolejne okrążenia odbywają się raz w mniejszej, raz w większej odległości od centrum, ale z upływem lat zaczynamy się jednak od tego centrum systematycznie oddalać. Temperatury w kolejnych miesiącach przestają „wracać” do wartości z początku animacji i tak zamiast stosu okręgów powstaje spirala.

Spiralne wizualizacje są na ogół wyposażone w siatkę  w postaci koncentrycznych okręgów, z których jeden jest oznaczony jako 0°C. Odpowiada on średnim temperaturom dla poszczególnych miesięcy w wybranym przez twórców okresie referencyjnym. Podobnie jak w przypadku „zwykłego wykresu” na spirali pokazuje się zwykle wartości anomalii i dobór okresu referencyjnego nie wpłynie na jej ogólny kształt a tylko na wartości na okręgach wyznaczających skalę. Na stronie Open Climate Data znajdziecie więcej spiralnych wizualizacji – także dla koncentracji CO2

Cieplejsze lata, cieplejsze zimy – wizualizacja NASA z rocznymi cyklami

Czy wiesz, że średnia temperatura powierzchni Ziemi podlega w ciągu roku wahaniom? Co prawda gdy u nas jest lato, na drugiej półkuli jest zima i na odwrót, jednak globalne średnie temperatury między czerwcem a sierpniem są wyższe niż między grudniem a lutym. Inaczej mówiąc: latem anomalie temperatury względem całorocznej średniej są dodatnie a zimą – ujemne. Wynika to z faktu, że na półkuli północnej znajduje się więcej lądów, które ogrzewają się silniej niż powierzchnia mórz. Jak w takiej sytuacji zauważyć długoterminowe zmiany w temperaturze, mające wartości dużo mniejsze niż coroczne wahania?

Można, wzorem NASA GISS, stworzyć wykres, na którym naniesiemy dane o temperaturze dla kolejnych miesięcy i kolejnych lat. Linie w kolejnych kolorach odpowiadają danym z kolejnych dwudziestoleci (zgodnie z legendą). Zero wykresu odpowiada średniej z lat 1980-2015. Tak jak w przypadku innych wizualizacji dobór tego okresu nie wpływa na wzajemne położenie linii odpowiadających poszczególnym latom. 

Globalne ocieplenie: wykres anomalii temperatury w kolejnych miesiącach kolejnych lat. Widoczny cykl roczny: miesiące letnie są cieplejsze od zimowych. Widoczny trend wzrostu średniej temperatury: linie dla kolejnych dwudziestoleci znajdują się coraz wyżej.
Ilustracja 5: Wykres anomalii średniej globalnej temperatury względem średniej z lat 1980-2015. Każda linia odpowiada danym dla jednego roku. Kolory wskazują, do jakiego dwudziestolecia należał określony rok (ostatnie dwudziestolecie XIX w., pierwsze dwudziestolecie XX w., itd.).  Miesiące letnie są cieplejsze od zimowych. Widzimy też, że im bliżej do współczesności, tym kolejne lata robią się cieplejsze (odpowiadające im linie znajdują się wyżej na wykresie). Źródło: NASA GISS.

Widzimy, że temperatury we wszystkich miesiącach i latach ostatniego dwudziestolecia (linie czerwone na górze “stosu”) były wyższe, niż pod koniec XIX wieku (linie ciemnoniebieskie na dole “stosu”). Co więcej, temperatury, które wtedy obserwowaliśmy w marcu lub kwietniu, dziś notujemy w styczniu. Wykres można zobaczyć także w wersji animowanej na stronie NASA’s Earth Observatory, ale tu akurat kończy się na sierpniu 2016 (a może ktoś z Was przygotuje aktualną wersję na podstawie danych NASA GISS?).

Ocieplenie kraj po kraju

Swego czasu spore zainteresowanie wzbudziła wizualizacja danych o globalnym ociepleniu przypominająca nie spiralę a raczej – stokrotkę. Pokazano na niej (jako kolorowe słupki o różnych wysokościach) anomalie temperatury występujące rok po roku w poszczególnych państwach. Takie ujęcie pozwala odbiorcy zauważyć, że klimat ma pewną naturalną zmienność – zarówno czasową jak i przestrzenną. Kolejne lata są cieplejsze lub chłodniejsze a gdy w niektórych krajach jest akurat ciepło, to w innych bywa chłodniej itd. Jednocześnie jednak im bliżej jesteśmy współczesności, tym częściej, w tym większej liczbie krajów jednocześnie, zdarzają się temperatury powyżej średniej.  

Ilustracja 6: Anomalie temperatury (względem okresu 1951-1980) w poszczególnych krajach, rok po roku. Animacja: Antti Lipponen, dane  NASA GISS.

A może tak zestaw map?

Koncentrowanie się na pogodzie widzianej za oknem powoduje, że wielu osobom trudno uwierzyć, że klimat się ociepla. Przecież w ich okolicy pojawił się właśnie mróz albo odnotowano chłodny miesiąc! W takiej sytuacji najlepiej pokazać im mapę, przedstawiającą temperatury na całym świecie, lub jeszcze lepiej – anomalie temperatury. Nie wszyscy bowiem orientujemy się, jaka jest typowa średnia temperatura w poszczególnych regionach Australii. Na mapie z anomaliami łatwiej wychwycimy, czy konkretny dzień, miesiąc lub rok był w poszczególnych częściach świata ciepły czy chłodny. Jeśli mapy dla kolejnych lat złożymy w postaci animacji albo tabeli , po raz kolejny zobaczymy dobitnie, że na naturalną zmienność klimatu nakłada się w ostatnim okresie wyraźny trend wzrostu temperatury. 

Ilustracja 7: Anomalie temperatury w poszczególnych miejscach świata, od 1880 do 2021. Okres bazowy to 1951-1980, pokazano kolejne średnie pięcioletnie, dzięki czemu przebieg animacji jest bardziej płynny, niż gdyby obejmowała wprost dane z kolejnych lat. To jeden z przykładów „filtrowania”, o którym mowa w jednym z punktów tekstu. Animacja i dane NASA. 
Globalne ocieplenie: zestaw małych mapek pokazujących anomalie temperatury na całym świecie w kolejnych latach.
 Ilustracja 8: Mapy pokazujące zmiany temperatury na świecie od połowy XIX wieku do dziś. Na kolejnych mapach widnieją anomalie temperatury dla poszczególnych miejsc, liczone w odniesieniu do średniej z lat 1961-1990. Wizualizację przygotował prof. Ed Hawkins na podstawie danych Met Office, HadCRUT5.

Komu bije dzwon? Przesuwający się rozkład temperatur

Najprostszym sposobem na opisanie klimatu w konkretnym regionie lub czasie jest podanie średnich wartości opisujących go parametrów – np. temperatury czy sum opadów. Jednak nie będzie to bardzo dokładny opis. Tę samą wartość średnią możemy otrzymać dla miesiąca, w którym będzie dużo gorących i chłodnych dni oraz dla takiego, w którym temperatura z dnia na dzień nie będzie się znacząco zmieniać. 

Miesięczne czy roczne średnie temperatury uwidaczniane na dotychczas wspomnianych wizualizacjach powstają oczywiście jako wyniki obliczeń – uśredniania wyników pomiarów dla poszczególnych dni i pór dnia. Możemy to zobrazować wykresem, na którym zaznaczymy, jak wiele razy udało nam się zanotować poszczególne wartości. W skrócie nazywamy go „rozkładem temperatur” (lub opadów, poziomów morza…), po angielsku „distribution” (jeśli chcesz dowiedzieć się na ten temat więcej i dokładniej, poszukaj informacji o „rozkładach statystycznych”). W przypadku temperatur taki wykres przyjmie na ogół kształt tzw. „krzywej dzwonowej”: okaże się, że najczęściej obserwowane będą wartości najbliższe średniej, a duże odchylenia będą obserwowane rzadko.

Ilustracja 9: Zmiany w rozkładzie prawdopodobieństwa występowania anomalii temperatury nad lądami, w latach 1951-2020. Dane NASA GISS, wizualizacja NASA SVS.

Jeśli narysujemy sobie takie rozkłady dla kolejnych lat, możemy zobaczyć, jak w praktyce przejawia się zmiana klimatu za naszym oknem – jak zmienia się prawdopodobieństwo wystąpienia dni chłodnych, normalnych lub ciepłych i bardzo ciepłych. Właśnie takie ujęcie tematu zaprezentowali specjaliści NASA. Animowany rozkład pokazuje częstość występowania temperatur poniżej, powyżej i w pobliżu średniej z lat 1951-1960 nad lądami. Jak widać, rozkłady dla kolejnych lat miewają nieco inne kształty – mniej lub bardziej rozpłaszczone, przesunięte ciut w prawo, ciut w lewo. Chociaż wykres z pozoru chaotycznie sobie podryguje, to jednocześnie przesuwa się wyraźnie w stronę wyższych temperatur, tak jak roztańczony dyskotekowicz w stronę baru. Jednocześnie też coraz bardziej się rozpłaszcza. Oznacza to, że w miarę jak zbliżamy się do współczesności, coraz częściej obserwujemy dni, które w połowie dwudziestego wieku uznalibyśmy za ciepłe lub wyjątkowo gorące a coraz rzadziej te, które wtedy ocenilibyśmy jako chłodne. 

Podobną wizualizację dla dłuższego okresu (od 1880) i można też znaleźć na stronie Berkeley Earth

Kod kreskowy katastrofy

Jednak dla wielu ludzi wykres, zwłaszcza ruchomy, nie jest prostym sposobem przekazywania informacji. Z myślą o nich prof. Ed Hawkins z University of Reading stworzył „klimatyczne paski”. To bardzo uproszczona wizualizacja, w której średnie temperatury dla kolejnych lat przedstawione są jako kolorowe paski. Oczywiście kolory pasków są związane z wartościami liczbowymi, jednak standardowo wizualizacja pokazywana jest bez skali czy legendy. Bazuje na tym, że konwencja, w myśl której kolory czerwone oznaczają ciepło, niebieskie – chłód, a ciemniejsze barwy – większe wartości bezwzględne, jest bardzo popularna. Dzięki temu wielu odbiorców odczytuje wizualizację intuicyjnie, od razu widząc jej główny przekaz: średnie temperatury rosną, co przejawia się jako coraz częstsze występowanie lat ciepłych, bardzo ciepłych czy rekordowo gorących. Konkretnych wartości liczbowych należy szukać w innych źródłach.

Globalne ocieplenie, klimatyczne paski dla całego świata.
Ilustracja 10: „Klimatyczne paski” dla całego świata, dla lat 1850-2021. Klasyczna wersja wizualizacji nie zawiera etykiet ani legendy. Jej przekaz jest zrozumiały na poziomie intuicyjnym. Każdy pasek to kolejny rok, niebieskie oznaczają lata z temperaturą poniżej a czerwone – powyżej średniej z okresu 1971-2000. Im ciemniejszy kolor paska, tym bardziej średnia temperatura dla przypisanego mu roku odbiegała od tej trzydziestoletniej średniej. Źródło: Ed Hawkins (University of Reading), https://showyourstripes.info (CC BY 4.0). 

Ponieważ jest to jednak wizualizacja danych a nie „wizja artysty”, dla wnikliwych dostępna jest informacja o tym, skąd wiadomo, jak pokolorować który pasek. Aktualnie (może to ulec zmianie w przyszłości) okresem referencyjnym stosowanym przez Eda Hawkinsa jest trzydziestolecie 1971-2000. Kolor biały odpowiada wartościom w pobliżu średniej z tych lat, a najciemniejsze widoczne na wykresie kolory oznaczają 

– odchylenie o +/- 0,75°C w przypadku danych globalnych,

– odchylenie o +/- 2,6 odchylenia standardowego policzone dla dwudziestego wieku w przypadku danych dla poszczególnych państw czy regionów.

Dzięki takiemu podejściu paski dla każdego miejsca na świecie wykorzystują pełną gamę odcieni kolorów i w przypadku każdego miejsca możemy zobaczyć, jak wieloletni trend ma się do lokalnej zmienności klimatu.  Więcej na ten temat przeczytacie w wywiadzie, który z prof. Edem Hawkinsem przeprowadził Szymon Bujalski.

To na pewno nie koniec

Powyższy przegląd na pewno nie wyczerpuje listy ciekawych wizualizacji pokazujących globalne ocieplenie. Które z nich najbardziej do Was przemawiają? A może znacie lub tworzycie zupełnie inne? Koniecznie podzielcie się przykładami w komentarzach!

Aleksandra Kardaś

Fajnie, że tu jesteś. Mamy nadzieję, że nasz artykuł pomógł Ci poszerzyć lub ugruntować wiedzę.

Nie wiem, czy wiesz, ale naukaoklimacie.pl to projekt non-profit. Tworzymy go my, czyli ludzie, którzy chcą dzielić się wiedzą i pomagać w zrozumieniu zmian klimatu. Taki projekt to dla nas duża radość i satysfakcja. Ale też regularne koszty. Jeśli chcesz pomóc w utrzymaniu i rozwoju strony, przekaż nam darowiznę w dowolnej wysokości