Nie tylko klimatyczna spirala – jak pokazać globalne ocieplenie?

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 – 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. 

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?

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. 

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. 

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.  

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. 

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.

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.

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