科學家對全球氣溫的測量 （一 ）

前言

關於氣候變遷的複雜問題，牽扯了科學， 經濟，工業，生計各個方麵。  我準備抱著科學的態度係統地學習。 從最基本的話題寫起， 一個話題一個話題地搞清楚，盡量深入淺出地講明白。

本文主要簡單介紹三個國家四個相對獨立機構的科學家對1880年以來對全球氣溫的測量。 介紹數據的收集，處理與計算，並討論測量結果， 不討論氣溫變化的前因後果。

基本介紹。

1850年後， 對全球氣溫的測量大致是在地球表麵（包括陸地和海麵）上測量。  目前全世界通用的一共有四組全球氣溫數據。 他們的基本情況見下表。 其中含有鏈接，你若有興趣可以點擊查看詳情。

 

機構英文簡寫	中文	數據名稱	收集點數量	開始收集時間
UKMet	英國氣象局	HadCRUT4	5500	1850
NASA	美國航天局	GISTEMP	6300	1880
NOAA	美國海洋氣象局	MLOST	7000	1880
JMA	日本氣象廳	COBE-SST	N/A	1891

 

測量結果如下圖所示

你也許注意到，縱坐標是Average Temperature Anomaly （溫差--也可以說是氣溫變化）.  也就是顯示的是溫度相對基本線的平均變化。 基本線基本是30年的平均氣溫， 而不是絕對氣溫。 這麽做的原因是，測量站的位置和海拔對絕對溫度有更多的影響，而對溫差的影響要小。 用溫差減少了一些不確定因素，使測量更準確可靠。  具體請見解釋。 說明。以上四組數據的本來用的基本線是不同的。 在這張圖裏， 科學家把四組數據綜合起來用1951 到1980的平均值做基本線(上圖橫軸的位置)。

 

數據處理。

四組數據對地球的覆蓋麵是不同的。  NASA覆蓋了全球99%的地表，而JMA隻覆蓋了85%，特別是缺少了對北極與南極的測量。  四組數據對缺失的數據處理也是不一樣的。 美國的兩個機構是用統計方法綜合周邊數據填補空白。 英國的數據是不填補空白(也就是假設空白處的溫差等於全球平均的溫差).  這兩種做法各有各的優點與缺點。  我覺得在這裏不需要糾結這些具體做法。  有兩點說明。1 科學家在做測量的時候考慮會以認真負責的態度很多問題，會比普通人考慮的問題多得多，力求得到正確的答案。 2. 四組數據的來源，處理方法不同，機構不同，但得到的答案基本一致。 並且對他們之間的差異也有詳盡的解釋， 讓人對他們的結論更有信心。

然後科學家再對每個測量站的溫差加權平均(每個測量站所代表的麵積是不同的)分別計算出北半球和南半球的溫差最後再綜合平均計算全球的溫差。

衛星測量。

1979年科學家開始用衛星測量地球表層10公裏內， 也就是對流層的溫度。 一開始的結論好像是地球的溫度在下降。 後來發現了錯誤, 比如說是測量儀器衛星的不完善。包括原作者在內的科學家發表了更正。 現在四個科學家小組正在繼續跟蹤用衛星測量全球的溫度。得到的結論與地表測量的結果一致。  

文獻

本文基本是基於下麵這個文章的介紹。How Do Scientists Measure Global Temperature?