1. Διερεύνηση της αξιοπιστίας των
κλιματικών μοντέλων μέσω της
σύγκρισής τους με ιστορικές
χρονοσειρές
Γρηγόρης Αναγνωστόπουλος
Επιβλέπων καθηγητής: Δημήτρης Κουτσογιάννης

2. Στόχος της εργασίας
•
Η επαλήθευση των επιστημονικών θεωριών από εμπειρικά
δεδομένα αποτελεί έναν από τους ακρογωνιαίους λίθους της
επιστήμης.
• Η αξιοπιστία των προβλέψεων για το κλίμα, που γίνονται με
βάση τα κλιματικά μοντέλα, ελάχιστα έχει διερευνηθεί κυρίως σε
χωρικές κλίμακες μικρότερες της ηπειρωτικής.
• Βασικός στόχος αυτής της εργασίας είναι, εκμεταλλευόμενη το
παράθυρο στο παρελθόν που δίνουν κάποιες από τις εκτελέσεις
των κλιματικών μοντέλων του TAR (Τhird Assessment Report)
και του AR4 (Fourth Assessment Report), να συγκρίνει αρχικά
σε σημειακή και στη συνέχεια σε επιφανειακή κλίμακα τα
αποτελέσματα των κλιματικών μοντέλων σε σχέση με μακρές
ιστορικές χρονοσειρές.

3. Κλιματικά μοντέλα
•
Τα κλιματικά μοντέλα είναι
αλγόριθμοι που λύνουν
συστήματα διαφορικών εξισώσεων
που προκύπτουν από τους
θεμελιώδεις νόμους της φυσικής,
της μηχανικής των ρευστών και
της χημείας.
•
Τα μοντέλα γενικής κυκλοφορίας
(General Circulation Models –
GCMs) είναι αυτά που
χρησιμοποιούνται σήμερα για την
πρόβλεψη της κλιματικής αλλαγής.
Τα μοντέλα αυτά βασίζονται στην
αριθμητική ολοκλήρωση των
εξισώσεων Navier-Stokes της
ρευστομηχανικής.

4. Μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν
στην εργασία
•
•
•
•
Xρησιμοποιήθηκαν 3 μοντέλα του TAR και 3 μοντέλα του ΑR4,
το καθένα από τα οποία τρέχει με βάση ένα σενάριο το οποίο
δίνει μια πιθανή εικόνα του κλίματος στο μέλλον.
Η επιλογή των σεναρίων έγινε με το κριτήριο της κάλυψης
παλαιότερων ιστορικών περιόδων.
Στο TAR όλα τα σενάρια έχουν τρέξει για παλαιότερες ιστορικές
περιόδους, οπότε η επιλογή του σεναρίου δεν έχει τόσο μεγάλη
σημασία. Έτσι επιλέγεται το SRES A2 το οποίο καλύπτει τον 20ο
αιώνα. Εξαίρεση αποτελεί το μοντέλο ECHAM4 του οποίου οι
εκτελέσεις με το SRES A2 δεν καλύπτουν τον 20ο αιώνα και για
αυτόν το λόγο χρησιμοποιείται το σενάριο IS92a το οποίο
ξεκινάει από το 1860.
Από τα σενάρια του AR4 το μόνο που είναι κατάλληλο για αυτήν
την εργασία είναι το 20C3M.

5. Σταθμοί σημειακής σύγκρισης
Σταθμοί που εξετάστηκε η
θερμοκρασία
•
•
•
•
Σταθμοί που εξετάστηκε η
βροχόπτωση
Για την σημειακή σύγκριση επιλέχθηκαν 55 σταθμοί από όλο τον
κόσμο με τα εξής κριτήρια:
(α) οι σταθμοί να είναι κατανεμημένοι σε όλες τις ηπείρους και σε
διαφορετικούς τύπους κλίματος.
(β) η διαθεσιμότητα των δεδομένων στο διαδίκτυο σε μηνιαία
κλίμακα.
(γ) η ύπαρξη χρονοσειρών που να έχουν τουλάχιστον 100
χρόνια παρατηρήσεων χωρίς καθόλου κενά (ή με όσο το
δυνατόν λιγότερα κενά τα οποία συμπληρώθηκαν με τον μηνιαίο
μέσο όρο).

6. Σταθμοί επιφανειακής σύγκρισης
•
•
Για την επιφανειακή ολοκλήρωση επιλέχθηκαν 70 σταθμοί στις
ΗΠΑ ,έτσι ώστε να καλύπτεται ομοιόμορφα όλη η έκτασή τους. Η
συγκεκριμένη περιοχή επιλέχτηκε λόγω της αφθονίας των
δεδομένων, που ξεπερνά κάθε άλλη περιοχή που εξετάστηκε.
Για να εξάγουμε την επιφανειακή χρονοσειρά χρησιμοποιούμε
την μέθοδο επιφανειακής ολοκλήρωσης Thiessen εξάγουμε μια
επιφανειακή χρονοσειρά.

7. Σταθμοί επιφανειακής σύγκρισης
Average Temperature (oC)
25.00
20.00
15.00
10.00
R2 = 0.1848
5.00
0.00
0
500
1000
1500
Elevation (m)
2000
2500
Σχέση υψομέτρου - θερμοκρασίας
•
•
•
•
Για τα δεδομένα της θερμοκρασίας προέκυψε ότι υπάρχει συσχέτιση
μεταξύ της θερμοκρασίας και του υψομέτρου.
Πραγματοποιήσαμε υψομετρική αναγωγή των δεδομένων.
Για τα δεδομένα της βροχόπτωσης δεν φαίνεται να προκύπτει
συσχέτιση μεταξύ βροχόπτωσης και υψομέτρου για τους
συγκεκριμένους σταθμούς.
Το μέσο υψόμετρο των ΗΠΑ δεν διαφέρει πολύ από το μέσο
σταθμισμένο υψόμετρο των σταθμών και κατά συνέπεια δεν κάνουμε
κάποια υψομετρική διόρθωση στα δεδομένα της βροχής.

8. Επαλήθευση επιφανειακών δεδομένων
13.00
•
NOAA
12.50
12.00
11.50
11.00
•
10.50
10.00
1890
1910
1930
1950
1970
1990
Annual Precipitation -Thiessen (mm)
900.00
2010
940
Thiessen
NOAA
850.00
890
800.00
840
750.00
790
700.00
740
650.00
690
600.00
640
550.00
1890
1910
1930
1950
1970
1990
Annual Precipitation - NOAA (mm)
Annual Mean Temperature (oC)
Thiessen
•
590
2010
Διαγράμματα σύγκρισης των επιφανειακών
χρονοσειρών που προκύπτουν από τη
μέθοδο Thiessen με τα δεδομένα της
NOAA.
Μετά την εξαγωγή των επιφανειακών
χρονοσειρών θεωρήθηκε αναγκαία η
σύγκριση τους με επιφανειακά
δεδομένα άλλων φορέων προκειμένου
να διαπιστωθεί η αξιοπιστία τους.
Οι φορείς που προσφέρουν
επιφανειακά στοιχεία για τις ΗΠΑ είναι
η ΝΟΑΑ (National Oceanic and
Atmospheric Administration) και η
NASA (National Aeronautics and
Space Administration).
Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας
εξαγάγαμε τις δικές μας επιφανειακές
χρονοσειρές καθώς επιθυμούσαμε η
σύγκριση με τα κλιματικά μοντέλα να
γίνει με βάση πρωτογενή δεδομένα,
που δεν θα έχουν υποστεί κανενός
είδους προσαρμογή.

9. Εξαγωγή τιμών από τα μοντέλα
Εξαγωγή σημειακών τιμών :
• Xρησιμοποιούνται οι χρονοσειρές από τα τέσσερα κοντινότερα
σημεία του καννάβου και κατασκευάζεται η χρονοσειρά του
μοντέλου που αντιστοιχεί στο σταθμό με βάση το βέλτιστο
αμερόληπτο γραμμικό συνδυασμό.
• Η βελτιστοποίηση έγινε με βάση τον συντελεστή
αποτελεσματικότητας (coefficient of efficiency).
• Με αυτή τη μέθοδο η χρονοσειρά που προκύπτει από τα μοντέλα
αφήνεται να προσαρμοστεί όσο το δυνατόν καλύτερα στα ιστορικά
δεδομένα.
Εξαγωγή επιφανειακών τιμών:
• Για την εξαγωγή των επιφανειακών τιμών δεν χρειάζεται να κάνουμε
κανενός είδους στατιστική βελτιστοποίηση.
• Κατά την εξαγωγή της επιφανειακής χρονοσειράς υπολογίζεται ένας
σταθμισμένος μέσος όρος των χρονοσειρών των σημείων του
καννάβου που βρίσκονται μέσα στα γεωγραφικά όρια των ΗΠΑ.

10. Τρόπος σύγκρισης
• Η σύγκριση γίνεται σε τρεις χρονικές κλίμακες: μηνιαία, ετήσια, κλιματική,
όπου η τελευταία προκύπτει από τον 30-ετή (κινούμενο) μέσο όρο.
• Δύο βασικοί δείκτες χρησιμοποιούνται σε όλες τις χρονικές κλίμακες: ο
συντελεστής αποτελεσματικότητας (coefficient of efficiency), και ο
συντελεστής συσχέτισης (correlation coefficient).
• Για όλες τις χρονικές κλίμακες και για όλες τις χρονοσειρές υπολογίζουμε
και συγκρίνουμε την μέση τιμή και την τυπική απόκλιση.
• Στην ετήσια κλίμακα εξετάζονται ο συντελεστής αυτοσυσχέτισης 1ης
τάξης και ο συντελεστής Hurst.
• Για την κλιματική κλίμακα εξετάζονται τρεις επιπλέον δείκτες: (1) η
διακύμανση του 30-ετούς κινούμενου μέσου για τη θερμοκρασία ή τη
βροχόπτωση στον 20ο αιώνα (που είναι η περίοδος που καλύπτουν τα
περισσότερα μοντέλα εκτός από το HadCM3-A2, που ξεκινά από το
1950), (2) η διαφορά μεταξύ του πρώτου και του τελευταίου έτους κάθε
χρονοσειράς, (3) η μέγιστη διακύμανση κατά την εξεταζόμενη περίοδο .

11. Διαγράμματα επιφανειακής σύγκρισης
(θερμοκρασία)
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
Observed
ECHAM5-20C3M
16.00
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
Observed
ECHAM5-20C3M
14.00
13.00
12.00
11.00
10.00
1850
1870
1890
1910
1930
1950
1970
1990
2010
Min Monthly Temperature (oC)
15.00
25.00
24.00
23.00
22.00
21.00
20.00
1850
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
8.00
26.00
Max Monthly Temperature (oC)
Annual Mean Temperature (oC)
Observed
1870
1890
1910
1930
1950
1970
1990
2010
6.00
4.00
2.00
0.00
1850
-2.00
1870
1890
1910
1930
1950
1970
1990
-4.00
-6.00
•
Κανένα μοντέλο δεν μπορεί να τις αναπαραστήσει τις διακυμάνσεις της ετήσιας
μέσης θερμοκρασίας των ΗΠΑ. Τα περισσότερα μοντέλα προβλέπουν μια
μονοτονική αύξηση της θερμοκρασίας.
•
Το μόνο μοντέλο που δίνει αποτελέσματα σχετικά κοντά στην πραγματικότητα για
τη μέση θερμοκρασία είναι το PCM-20C3M, αλλά και αυτό βέβαια έχει πολύ
χαμηλό συντελεστή αποτελεσματικότητας στην 30-ετή κλίμακα (μόλις 0.05).
•
Υποεκτιμά τη μέγιστη μηνιαία θερμοκρασία, ενώ υπερεκτιμά την μέγιστη μηνιαία
θερμοκρασία και πλησιάζει τη μέση ετήσια θερμοκρασία.
2010

12. Διαγράμματα επιφανειακής σύγκρισης
(βροχόπτωση)
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
Max Monthly Precipitation (mm)
Annual Precipitation (mm)
1200.00
1100.00
1000.00
900.00
800.00
700.00
600.00
500.00
1850
Observed
1870
1890
1910
1930
1950
1970
1990
2010
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
120.00
110.00
100.00
90.00
80.00
70.00
60.00
1850
Observed
Seasonal Precipitation DJF(mm)
Observed
1870
1890
1910
1930
1950
1970
1990
2010
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
300.00
280.00
260.00
240.00
220.00
200.00
180.00
160.00
140.00
120.00
100.00
1850
1870
1890
1910
1930
1950
1970
1990
• Το μοντέλο που πλησιάζει περισσότερο τις ιστορικές χρονοσειρές είναι
το CGCM3-20C3M-T47. Ο συντελεστής αποτελεσματικότητας στην 30ετή κλίμακα είναι -5.11 και ο συντελεστής συσχέτισης 0.171.
• Ακόμη και στις χρονοσειρές όπου το μοντέλο πλησιάζει περισσότερο τα
ιστορικά δεδομένα ο συντελεστής αποτελεσματικότητας είναι αρνητικός
και ο συντελεστής συσχέτισης κοντά στο μηδέν.
• Υπάρχουν μοντέλα του TAR και του ΑR4 που υπερεκτιμούν τη μέση
θερμοκρασία των ΗΠΑ κατά 4 έως 5 βαθμούς και την συνολική ετήσια
βροχόπτωση των ΗΠΑ κατά 300 έως 400 χιλιοστά ετησίως.
2010

13. Συγκεντρωτικά αποτελέσματα
σημειακής σύγκρισης
•
•
•
Στην μηνιαία χρονική κλίμακα τα μοντέλα γενικά αναπαράγουν την
ακολουθία θερμών – ψυχρών και ξηρών – υγρών περιόδων σε
όλους τους σταθμούς που εξετάστηκαν. Ο μέσος συντελεστής
συσχέτισης είναι 0.909 και 0.256, ενώ ο μέσος συντελεστής
αποτελεσματικότητας είναι 0.721 και -0.433.
Στην ετήσια κλίμακα, στη θερμοκρασία και στη βροχόπτωση, οι
μέσοι συντελεστές συσχέτισης είναι μικρότεροι από την μηνιαία
κλίμακα, ενώ ο μέσος συντελεστής αποτελεσματικότητας είναι
αρνητικός ανεξάρτητα της στατιστικής παραμέτρου που εξετάζεται.
Στην 30-ετή κλίμακα η συσχέτιση αυξάνεται ελαφρώς για την
θερμοκρασία και την βροχόπτωση σε όλες τις χρονοσειρές που
εξετάστηκαν σε αντίθεση με τον συντελεστή αποτελεσματικότητας
που παίρνει έντονα αρνητικές τιμές.
Μέσος
Μέσος
συντελεστής
συντελεστής
συσχέτισης
αποδοτικότητας
Μέση θερμοκρασία
0.122
-5.157
Μέγιστη μηνιαία θερμοκρασία
0.062
Ελάχιστη μηνιαία θερμοκρασία
0.033
Ετήσιο θερμοκρασιακό εύρος
Ετήσια Κλίμακα/
30-ετής Κλίμακα/
Μέσος
Μέσος
συντελεστής
συντελεστής
συσχέτισης
αποδοτικότητας
Ετήσια Μέση θερμοκρασία
0.328
-89.001
-5.254
Μέγιστη Μηνιαία θερμοκρασία
0.207
-118.499
-3.748
Ελάχιστη Μηνιαία θερμοκρασία
0.177
-117.408
0.008
-4.068
Ετήσιο θερμοκρασιακό εύρος
0.027
-107.350
Εποχιακή θερμοκρασία ΔΙΦ
0.051
-3.865
Εποχιακή θερμοκρασία ΔΙΦ
0.243
-91.957
Εποχιακή θερμοκρασία ΙΙΑ
0.073
-7.495
Εποχιακή θερμοκρασία ΙΙΑ
0.208
-180.427
Θερμοκρασία
Θερμοκρασία

14. •
•
•
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
Observed
12.00
Annual Mean Temperature (oC)
Annual Mean Temperature (oC)
Observed
11.00
10.00
9.00
8.00
7.00
1850
1870
1890
1910
1930
1950
1970
1990
Ετήσια μέση θερμοκρασία στο De
Bilt.
2010
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
22.50
22.00
21.50
21.00
20.50
20.00
19.50
19.00
1850
1870
1890
1910
1930
1950
1970
1990
2010
Ετήσια μέση θερμοκρασία στο Durban.
Η απόδοση των μοντέλων ποικίλλει ανάλογα με το σταθμό που
εξετάστηκε.
Ο σταθμός του De Bilt (Ολλανδία) είναι ένας από τους σταθμούς που τα
μοντέλα του ΤΑR δίνουν αρκετά καλά αποτελέσματα για την μέση
ετήσια θερμοκρασία. Ενώ τα μοντέλα αναπαριστούν ικανοποιητικά τη
χρονοσειρά της μέσης ετήσιας θερμοκρασίας, δεν μπορούν να
αναπαραστήσουν το ίδιο ικανοποιητικά τις χρονοσειρές των άλλων
στατιστικών παραμέτρων.
Στο σταθμό του Durban (Νότια Αφρική) κανένα από τα μοντέλα δεν
μπορεί να αναπαραστήσει την πτώση της θερμοκρασίας κατά 1.5
βαθμό κατά τα έτη 1920-1960 και όλα προβλέπουν μια μονοτονική
αύξηση της μέσης θερμοκρασίας.

15. Συντελεστής Hurst και τυπική απόκλιση
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
5.50
0.90
0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
Hurst Coef Of Observed Tem perature Series
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
Hurst Coef of Modeled Precipitation
Series (Annual Precipitation)
CGCM3-20C3M-T47
150.00
5.00
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50
St Dev of Modeled Precipitation
Series (Max Monthly Precipitation)
St Dev of Modeled Temperature
Series (Annual Temp Amplitude )
Hurst Coef of Modeled Temperature
Series (Annual Temp Amplitude)
1.00
125.00
100.00
75.00
50.00
25.00
0.00
0.00
25.00
50.00
75.00
100.00 125.00 150.00
St Dev Of Observed Precipitation Series
St Dev Of Observed Tem perature Series
Τυπική απόκλιση για την ετήσια μέση
θερμοκρασία και την ετήσια βροχόπτωση.
1.00
0.90
0.80
Ποσοστό περιπτώσεων υποεκτίσησης
0.70
0.60
Θερμοκρασία
Βροχόπτωση
συντελεστή Hurst και τυπικής
0.50
0.40
απόκλισης
Hurst
St Dev
Hurst
St Dev
(%)
(%)
(%)
(%)
Μέση θερμοκρασία/συνολική βροχόπτωση
74.24
70.30
79.09
89.39
Μέγιστη μηνιαία θερμοκρασία/βροχόπτωση
72.12
59.70
67.27
95.45
Ελάχιστη μηναία θερμοκρασία/βροχόπτωση
0.30
66.36
72.42
67.58
35.45
Ετήσιο θερμοκρασιακο εύρος
68.79
68.48
-
-
Εποχιακή Θερμοκρασία/βροχόπτωση ΔΙΦ
68.79
70.00
66.97-
77.27
Εποχιακή Θερμοκρασία/βροχόπτωση ΙΙΑ
76.97
58.18
59.09
84.24
0.20
0.10
0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Hurst Coef Of Observed Precipitation Series
Συντελεστής Hurst για την ετήσια
μέση θερμοκρασία και τη ετήσια
βροχόπτωση.

16. Εξάρτηση τυπικής απόκλισης από το
γεωγραφικό πλάτος
1.80
St Dev (Temperature)
1.60
1.40
Obserbed
CGCM2-A2
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
Latitude
400.00
Obserbed
St Dev (Precipitation)
350.00
CGCM2-A2
300.00
250.00
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
Latitude
Τυπική απόκλιση της θερμοκρασίας
και της βροχόπτωσης σε σχέση με το
γεωγραφικό πλάτος
• Τα αποτελέσματα των μοντέλων δίνουν
καλύτερη εικόνα για την τυπική απόκλιση
σε σύγκριση με τον συντελεστή Hurst.
• Η τυπική απόκλιση τόσο της θερμοκρασίας
όσο και της βροχόπτωσης μεταβάλλεται με
το γεωγραφικό πλάτος, αλλά εξαρτάται
επίσης από το αν ο σταθμός είναι
ηπειρωτικός ή παραθαλάσσιος.
• Οι δύο αυτοί παράγοντες
αντιπροσωπεύονται ικανοποιητικά από τα
μοντέλα και εφόσον η τυπική απόκλιση
εξαρτάται από αυτούς είναι λογικό να
παρατηρείται αυτή η σχετικά καλύτερη
εικόνα.

17. Συντελεστής συσχέτισης και
αποτελεσματικότητας σε 30-ετή κλίμακα
Annual Mean Temperature
Min Monthly Temperature
Seasonal Temperature DJF
Max Monthly Temperature
Annual Temperature Amplitude
Seasonal Temperature JJA
Annual Precipitation
Max Monthly Precipitation
Seasonal Precipitation DJF
Seasonal Precipitation JJA
80.00
Percent (%)
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
60.00
40.00
20.00
0.00
0.00
<0
0-0.5
Efficiency in 30-year scale
Annual Mean Temperature
Min Monthly Temperature
Seasonal Temperature DJF
0.5-1.0
<0
Max Monthly Temperature
Annual Temperature Amplitude
Seasonal Temperature JJA
Max Monthly Precipitation
Seasonal Precipitation DJF
0.5-1.0
Seasonal Precipitation JJA
30.00
Min Monthly Precipitation
25.00
25.00
20.00
Percent (%)
20.00
15.00
10.00
15.00
10.00
Correlation in 30-year scale
,1
.0
0]
,0
.7
5]
Correlation in 30-year scale
[0
.7
5
,0
.5
0]
[0
.5
0
25
]
[0
.2
5
[0
,0
.
-0
.5
]
[- 0
.5
,- 0
.2
5]
[- 0
.2
5,
0]
75
]
-0
.
0,
[- 1
.0
25
]
[0
.2
5,
0.
50
]
[0
.5
0,
0.
75
]
[0
.7
5,
1.
00
]
[0
,0
.
[- 0
.2
5,
,- 0
.2
[- 0
.5
[- 0
.7
0,
-0
0]
0.00
5]
0.00
5,
-0
.5
]
5.00
.7
5]
5.00
[- 1
.0
Percent (%)
0-0.5
Efficiency in 30-year scale
Annual Precipitation
[- 0
.7
5,
Percent (%)
100.00
Min Monthly Precipitation
• Η πλειονότητα των
εξεταζόμενων σταθμών
παρουσιάζει αρνητικό
συντελεστή
αποτελεσματικότητας.
• Μεγάλο ποσοστό των
σταθμών έχει χαμηλές
τιμές του συντελεστή
συσχέτισης, ακόμη και
αρνητικές στη
θερμοκρασία και στη
βροχόπτωση.

18. -400
0.5
-0.5
0.0
-1.0
-1.5
1.5
100
-600
0
-200
-300
1.0
0.5
-0.5
0.0
-1.0
600
Strasbourg
Stuttgart
Tartu
Timosoara
Tokyo
Strasbourg
Stuttgart
Tartu
Timosoara
Tokyo
Wien
Rio Branca
Rio Branca
Wien
Punta Arenas
Punta Arenas
Uccle
Posadas
Posadas
Valdivia
Philipstown
Philipstown
Uccle
Osaka
Osaka
Valdivia
Nome
Obs Met Nacional
Obs Met Nacional
Napoleon
Nome
Maree Post Office
Madrid
Madrid
Napoleon
Luqa
Luqa
Manaus
Lahore
Lahore
Manchester
Lagos
Lagos
Manaus
Kzyl-Orda
Kzyl-Orda
Manchester
Kimberley
Kimberley
Maree Post Office
Key West
Khartoum
Key West
Khartoum
Jakarta
Jerusalem
Jakarta
Jerusalem
Helsinki
Helsinki
Henbury
Gavle
Gavle
Hiroshima
Gauhati
Gauhati
Henbury
Gabes
Gabes
Akureyri
De Bilt
De Bilt
Wroclaw
Zagreb
Zurich
Zagreb
Zurich
Vologda
Wroclaw
Uccle
Vologda
Uccle
Wien
Tokyo
Tokyo
Winnipeg
Tashkent
Tashkent
Wien
Swift Current
Swift Current
Winnipeg
Salehard
San Antonio
Saint Leo
San Antonio
Punta Arenas
Saint Leo
Salehard
Port Elizabeth
Punta Arenas
Paris
Plymouth
Plymouth
Paris
Port Elizabeth
Nome
Osaka
Osaka
Nantes
Nome
Napoleon
Munchen
Nantes
Munchen
Napoleon
Luqa
Mahackala
Luqa
Mahackala
Kyoto
Lahore
Lahore
Kimberley
Kimberley
Kyoto
Key West
Khartoum
Key West
Indore
Jerusalem
Indore
Jerusalem
Khartoum
Helsinki
Hobart Regional Office
Hobart Regional Office
Hay Miller
Hay Miller
Helsinki
Hamamatsu
Geneve
Funchal
Fort Myers
Durban
Dubbo
Hamamatsu
Geneve
Funchal
Fort Myers
Durban
Dubbo
Curitiba
Cuiaba
Curitiba
Corpus Christ
Cuiaba
Cordoba
Calgary
Calcutta
Budapest
Bismarck
Berlin
Beevile
Barnaul
Bahia Blanca
Corpus Christ
Cordoba
Calgary
Calcutta
Budapest
Bismarck
Berlin
Beevile
Barnaul
Bahia Blanca
Observations
Hiroshima
Fort Myers
Fort Myers
Farina
-100
Farina
Observations
Entebbe (airport)
Climatic models
Entebbe (airport)
De Bilt
Curitiba
Cuiaba
Corrientes
Corpus Christ
Constantine
Casablanca
Calgary
Calcutta
Budapest
Bistrita
Bismarck
Beirut
Beeville
Bahia Blanca
Akureyri
Climatic models
400
200
0
-200
-400
-800
Climatic models
Observations
Τα κλιματικά μοντέλα
στην πλειονότητα των
σταθμών που
εξετάστηκαν αδυνατούν
να προβλέψουν την
διακύμανση του 30ετούς μέσου στον 20ο
αιώνα.
•
Adelaide
1.5
De Bilt
1.0
•
Addis Abeba
Adelaide
DT (1900-2000) (oC),
Annual Mean Temperature
2.0
Curitiba
Cuiaba
Corrientes
Corpus Christ
Constantine
Casablanca
Calgary
Calcutta
Budapest
Bistrita
-1000
Bismarck
-1.5
Beirut
2.0
Beeville
Adelaide
DT (1900-2000) (oC),
Seasonal Temperature JJA
-2.0
Bahia Blanca
200
Adelaide
DP (1900-2000) (mm),
Annual Precipitation
2.5
Addis Abeba
DP (1900-2000) (mm),
Seasonal Precipitation JJA
Διακύμανση του 30-ετούς μέσου στον 20ο αιώνα
2.5
Climatic models
Observations
Σε πολλές περιπτώσεις
τα μοντέλα προβλέπουν
αντίθετη μεταβολή από
αυτήν που στην
πραγματικότητα έχει
συμβεί.

19. Μέγιστη διακύμανση του 30-ετούς
μέσου
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
6.0
3.0
5.0
Max. fluctuation of modelled series
(Seasonal Temperature DJF)
Max. fluctuation of modelled series
(Annual Mean Temperature)
3.5
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-1.5
-0.5
0.5
1.5
2.5
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
-1.0
-2.0
-3.0
-4.0
-4.0
3.5
Max. fluctuation of observed tem perature series
-2.0
0.0
2.0
4.0
6.0
Max. fluctuation of observed tem perature series
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
200.0
Max. fluctuation of modelled series
(Seasonal Precipitaion DJF)
Max. fluctuation of modelled series
(Annual Precipitaion)
500.0
0.0
-500.0
-1000.0
-1000.0
-500.0
0.0
500.0
Max. fluctuation of observed precipitation series
150.0
100.0
50.0
0.0
-50.0
-100.0
-150.0
-200.0
-200.0
-100.0
0.0
100.0
200.0
Max. fluctuation of observed precipitation series

20. Συγκεντρωτικά αποτελέσματα
επιφανειακής σύγκρισης
•
•
•
Στην μηνιαία χρονική κλίμακα τα μοντέλα γενικά αναπαράγουν την
ακολουθία θερμών – ψυχρών και ξηρών – υγρών περιόδων. Ο
μέσος συντελεστής συσχέτισης είναι 0.976 και 0.169, ενώ ο μέσος
συντελεστής αποτελεσματικότητας είναι 0.876 και -2.072.
Η εικόνα βέβαια αλλάζει στην ετήσια κλίμακα. Ο μέσος συντελεστής
συσχέτισης για όλες τις χρονοσειρές που εξετάστηκαν είναι κοντά
στα μηδέν ενώ ο συντελεστής αποτελεσματικότητας παίρνει
αρνητικές τιμές. Σημαντική απόκλιση παρατηρείται στην εκτίμηση
του συντελεστή Hurst και της τυπικής απόκλισης.
Στην 30-ετή κλίμακα, ο μέσος συντελεστής συσχέτισης αυξάνεται
ελαφρώς, αλλά ο μέσος συντελεστής αποτελεσματικότητας είναι
έντονα αρνητικός ενώ παράλληλα υπάρχει μεγάλη απόκλιση στην
εκτίμηση της διακύμανσης του 30-ετούς μέσου κατά τον 20ο αιώνα
και της μέγιστης διακύμανσης του 30-ετούς μέσου καθ` όλη τη
διάρκεια μελέτης.

21. Συντελεστής Hurst και τυπική απόκλιση
Ετήσια Κλίμακα/
Συντελεστής
Τυπική
Θερμοκρασία
Hurst
απόκλιση
Ετήσια Μέση θερμοκρασία
0.765
0.442
Μέγιστη Μηνιαία θερμοκρασία
0.762
Ελάχιστη Μηνιαία θερμοκρασία
Ετήσια Κλίμακα/
Συντελεστής
Τυπική
Βροχόπτωση
Hurst
απόκλιση
Συνολική βροχόπτωση
0.628
52.175
0.621
Μέγιστη Μηνιαία βροχόπτωση
0.420
8.897
0.515
1.450
Ελάχιστη Μηνιαία βροχόπτωση
0.469
7.252
Ετήσιο θερμοκρασιακό εύρος
0.555
1.519
Εποχιακή βροχόπτωση ΔΙΦ
0.412
20.666
Εποχιακή θερμοκρασία ΔΙΦ
0.662
0.990
Εποχιακή βροχόπτωση ΙΙΑ
0.522
19.414
Εποχιακή θερμοκρασία ΙΙΑ
0.787
0.500
Max Monthly Temperature
Seasonal Temperature DJF
Min Monthly Temperature
Seasonal Temperature JJA
Annual Precipitation
Winter Precipitation
Annual Max Precipitation
Summer Precipitation
Annual Min Precipitation
80.00
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
-10.0
-20.0
-30.0
-40.0
-50.0
Percent ( ±% )
Percent ( ±% )
Annual Mean Temperature
Annual Temperature Amplitude
60.00
40.00
20.00
0.00
-20.00
-40.00
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
Difference from observed Hurst Coefficient
ECHAM4-GG
Difference form observed Hurst Coefficient
Max Monthly Temperature
Seasonal Temperature DJF
Min Monthly Temperature
Seasonal Temperature JJA
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
-10.0
-20.0
-30.0
-40.0
-50.0
Annual Precipitation
Winter Precipitation
Percent ( ±% )
Percent ( ±% )
Annual Mean Temperature
Annual Temperature Amplitude
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
Difference from observed Standard Deviation
ECHAM4-GG
Annual Max Precipitation
Summer Precipitation
Annual Min Precipitation
30.00
20.00
10.00
0.00
-10.00
-20.00
-30.00
-40.00
-50.00
-60.00
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
Difference from observed Standard Deviation
ECHAM4-GG

22. Διακυμάνσεις του 30-ετούς μέσου όρου
(θερμοκρασία)
30-ετής Κλίμακα/
DT (All Period)
DT (1900-2000)
maxDT
Ετήσια Μέση θερμοκρασία
0.55
0.32
0.56
Μέγιστη Μηνιαία θερμοκρασία
0.64
0.37
0.73
Ελάχιστη Μηνιαία θερμοκρασία
0.38
0.19
-0.81
Εποχιακή θερμοκρασία ΔΙΦ
0.75
0.45
0.89
Εποχιακή θερμοκρασία ΙΙΑ
0.56
0.43
0.58
Θερμοκρασία
Annual Mean Temperature
Seasonal Temperature DJF
Max Monthly Temperature
Seasonal Temperature JJA
Min Monthly Temperature
Annual Mean Temperature
Seasonal Temperature DJF
300.00
Percent ( ±% )
100.00
Min Monthly Temperature
400.00
50.00
0.00
-50.00
-100.00
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
200.00
100.00
0.00
-100.00
-200.00
CGCM3-20C3M-T47
Difference from observed DT (All period)
PCM-20C3M
Max Monthly Temperature
Seasonal Temperature JJA
Min Monthly Temperature
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
-50.00
-100.00
CGCM3-20C3M-T47
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
Difference from observed DT (1900-2000)
Annual Mean Temperature
Seasonal Temperature DJF
Percent ( ±% )
Percent ( ±% )
150.00
Max Monthly Temperature
Seasonal Temperature JJA
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
Difference from observed maxDT
ECHAM4-GG
ECHAM4-GG

23. Διακυμάνσεις του 30-ετούς μέσου όρου
(βροχόπτωση)
30-ετής Κλίμακα/
DP (All Period)
DP (1900-2000)
maxDP
Συνολική βροχόπτωση
28.17
34.68
53.72
Μέγιστη Μηνιαία βροχόπτωση
2.57
3.96
4.89
Ελάχιστη Μηνιαία βροχόπτωση
2.12
1.34
3.70
Εποχιακή βροχόπτωση ΔΙΦ
-5.58
1.41
-8.75
Εποχιακή βροχόπτωση ΙΙΑ
3.32
5.51
13.63
Βροχόπτωση
Annual Precipitation
Winter Precipitation
Annual Max Precipitation
Summer Precipitation
Annual Min Precipitation
Annual Precipitation
Winter Precipitation
Annual Min Precipitation
0.00
Percent ( ±% )
0.00
-50.00
-100.00
-150.00
-200.00
CGCM3-20C3M-T47
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
ECHAM4-GG
-50.00
-100.00
-150.00
-200.00
CGCM3-20C3M-T47
Difference from observed DP (All period)
PCM-20C3M
Annual Max Precipitation
Summer Precipitation
Annual Min Precipitation
0.00
-50.00
-100.00
-150.00
-200.00
CGCM3-20C3M-T47
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
Difference from observed DP (1900-2000)
Annual Precipitation
Winter Precipitation
Percent ( ±% )
Percent ( ±% )
50.00
Annual Max Precipitation
Summer Precipitation
PCM-20C3M
ECHAM5-20C3M
CGCM2-A2
HADCM3-A2
Difference from observed maxDP
ECHAM4-GG
ECHAM4-GG

24. Συνοψίζοντας…
•
•
•
Η επιστήμη της κλιματολογίας κυριαρχείται σήμερα πλήρως από
ντετερμινιστικά στερεότυπα τα οποία υπαγορεύουν ότι τα GCM
μπορούν να προβλέψουν με αξιοπιστία το μελλοντικό κλίμα.
Τέθηκαν τα εξής ερωτήματα: (1) επιβεβαιώνεται το επιχείρημα των
υποστηρικτών των κλιματικών μοντέλων ότι τα μοντέλα δίνουν
αξιόπιστα αποτελέσματα σε ηπειρωτική κλίμακα και άνω; (2) Οι
γεωγραφικά κατανεμημένες προβλέψεις είναι αρκετά αξιόπιστες
προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σε περαιτέρω μελέτες;
Η απάντηση στην πρώτη ερώτηση επιχειρήθηκε να δοθεί
πραγματοποιώντας επιφανειακή ολοκλήρωση των αποτελεσμάτων
των μοντέλων και των ιστορικών δεδομένων. Η απάντηση στην
δεύτερη ερώτηση επιχειρήθηκε να δοθεί συγκρίνοντας τα
αποτελέσματα των κλιματικών μοντέλων με ιστορικές χρονοσειρές 55
σταθμών από όλο τον κόσμο.

25. Συμπεράσματα
•
•
•
•
•
Στην μηνιαία χρονική κλίμακα τα κλιματικά μοντέλα αναπαράγουν
αποτελεσματικά την ακολουθία υγρών/ξηρών ή θερμών/ψυχρών
περιόδων σε όλους τους σταθμούς που εξετάστηκαν αλλά και στην
επιφανειακή σύγκριση που πραγματοποιήθηκε στις ΗΠΑ.
Στην ετήσια και την κλιματική (30-ετή) κλίμακα τα πράγματα είναι
απογοητευτικά. Τα κλιματικά μοντέλα αδυνατούν να αναπαράγουν τις
διακυμάνσεις μεγάλης κλίμακας των ιστορικών χρονοσειρών και στις
περισσότερες περιπτώσεις υποεκτιμούν τον συντελεστή Hurst και την
τυπική απόκλιση τους.
Οι έντονα αρνητικές τιμές του συντελεστή αποτελεσματικότητας
υποδεικνύουν ότι οι προβλέψεις των μοντέλων είναι πολύ χειρότερες
ακόμη και από μία πολύ στοιχειώδη πρόβλεψη βασισμένη στη μέση
τιμή.
Κανένα από τα μοντέλα δεν φαίνεται να αποδίδει καλύτερα από το
άλλο σε κανέναν από τους στατιστικούς δείκτες και παραδόξως τα
μοντέλα του AR4 δεν αποδίδουν καλύτερα από αυτά του TAR.
Οι κλιματικές διεργασίες είναι πολύ πολύπλοκες και μπορούν να
περιγραφούν αποτελεσματικότερα κάτω από ένα πιθανοτικό –
στοχαστικό πλαίσιο παρά με ντετερμινιστικά μοντέλα που αδυνατούν
να προσομοιώσουν τις χαοτικές αλληλεπιδράσεις των κλιματικών
συνιστωσών.