Średnia temperatura zawładnęła umysłami całego świata, temperatura ta podobno rośnie, co ma nas zabić, ale skąd to wiemy? Artykuł ten jest kontynuacją publikacji o błędnym stosowaniu skali Celsjusza do śledzenia zmian. https://pawelklimczewski.pl/2024/04/14/wariancja-kontra-wariactwo/
Jeśli już wiemy, że różnica pomiędzy 36,6 st. a 37,6 st. Celsjusza to ok. 3 promile, a nie 3 procenty, jakby na pozór wynikało to z obliczeń na skali Celsjusza zajmijmy się tym, co ważne w pomiarach. Średnia w notacji statystycznej ma skrót E i oznacza z łaciny wartość oczekiwaną (expectation). Z prostego faktu, że przyszłości nie znamy matematycy uznali, że najcelniej będzie spodziewaną wartość dowolnego zjawiska zapisać jako średnią z pomiarów poprzednich, jeśli średnia temperatura z ostatnich blisko 300 lat w Białymstoku to 6,2 st. C to suma sumarum, popełnimy najmniej błędów podając zawsze na jutrzejszą prognozę 6,2 st. C. Oczywiście jesteśmy istotami rozumnymi i prognozę zmodyfikujemy inaczej na lato, inaczej na zimę. Czy średnia dużo mówi o zjawisku?
Mówi bardzo mało. Bo jak nasze 6,2 st. C ma się do tego, co mamy dziś, gdy w Białymstoku będzie sporo ponad 20 st. C ? Jeśli zajrzymy do naszych pomiarów historycznych zobaczymy, że średnie dobowe temperatury wahają się pomiędzy -15 a +20 st. C. Fizycy do opisu zjawisk używają miary zmienności zjawiska, czyli wariancji i odchylenia standardowego, które jest pierwiastkiem z wariancji. Jest to średnie odchylenie od średniej. Zaczyna być ciekawie… Gdyby temperatura była stała, dzień i noc cały rok byłoby 6,2 st. C to odchylenie standardowe byłoby równe zero. Jeśli spojrzymy na oddział chińskich saperek, to widzimy, że zróżnicowanie jest tam bliskie zera, taką samą średnią może mieć cygański tabor tancerek, ale u nich odchylenie standardowe, np. w kolorystyce strojów, będzie bardzo wysokie.
Analogicznie, gdy cały naród zarabia równo 5 000 zł średnia jest równa 5 000 zł a odchylenie standardowe 0 zł, gdy pół narodu zarabia 10 000 zł z drugie pół 0 zł średnia jest równa też 5 000 zł, ale odchylenie standardowe wynosi 5 000 zł, bo każdy zarabia średnio o 5 000 zł mniej lub więcej, niż średnia krajowa.
Mamy na pierwszym wykresie blisko 300 lat pomiarów temperatury w Białymstoku i teraz dopiero coś wiemy o tym miejscu i jego klimacie. Przez ponad pierwsze 100 lat pomiaru temperatur średnia dobowa ich zmienność w ciągu roku zmieniała się tam o 8.7 st. C. Ok. roku 1870 zmienność ta zaczęła systematycznie maleć, aby osiągnąć 8.0 st. C w 1927 r., po czym rosła do 1970 r. i znów spadała przez kolejne 40 lat, aby od roku 2000 znów wrastać. Duża zmienność to duże amplitudy, mała zmienność to mniejsze amplitudy.
Duże różnice na przestrzeni roku to wpływ klimatu kontynentalnego o srogich zimach i gorących latach, a mniejsza zmienność to wpływ klimatu morskiego, wpływ Atlantyku i Morza Czarnego, które latem łagodzą upały a zimą w miejsce trzaskających mrozów przynoszą deszcze i odwilże. Czyli prądy morskie i cyrkulacje niżów i wyżów rządzą lokalnymi klimatami, a nie efekt cieplarniany, który z powodu skrajnie małych zmian ma wpływ mniejszy. Przypomnijmy tu, że efekt cieplarniany powoduje głównie para wodna w atmosferze, a nie CO2 o czym pisałem tu : https://pawelklimczewski.pl/2024/01/25/czekamy-na-wyjasnienia-z-uniwersytetu-im-mikolaja-kopernika-albo-mianujemy-nowego-czarnoksieznika-z-krainy-oz/
W tej sytuacji po sutym obiedzie pozostaje nam wyjątkowo rzadki, smakowity deser. Na drugim wykresie mamy obok średniej dobowej temperatury w Białymstoku, wartości średniej niepewności zbadanej temperatury.
Jest to wielkość związana ściśle z błędem pomiaru oraz częstotliwością ich wykonywania. Co innego pokaże średnia dobowa temperatura z dwóch pomiarów w nocy i w dzień, a co innego zapisywana co godzinę, a nawet co minutę przez automaty. Sam błąd pomiaru wynika z wielu czynników, ale dla nas głównym niech będzie dokładność urządzeń pomiarowych, w przeszłości znacznie mniejsza.
Co tam widzimy? Widzimy, że zapisane w epoce przedwęglowej temperatury o średniej ok. 6 st C w Białymstoku różniły się w istocie nawet o kilka a czasami nawet o 10 st. C od rzeczywistych.
Dziś średnia niepewność pomiaru to ok. 0,25 st. C, więc mówienie o różnicach średnich na przestrzeni wieków jest nieporozumieniem, quod erat demonstrandum (co było do udowodnienia). Oczywiście powyższy, sielski, podlaski przykład dotyczy wszystkich miejsc na Ziemi.
Wiele innych tekstów jest na mojej stronie, którą proszę wspierać i promować, bo los mojego profilu na FB jest tak samo niepewny jak przyszłość naszego klimatu.
Paweł Klimczewski