Satelity i uczenie maszynowe poprawiają dokładność danych dotyczących temperatury w pobliżu powierzchni Ziemi
Pomimo tego, że stacje meteorologiczne stanowią użyteczne źródło danych historycznych w przypadku miejsc, w których się znajdują, istnieje szereg lokalizacji, w których dostęp do codziennych pomiarów jest niemożliwy lub nie istnieją żadne dane dokumentujące temperatury powietrza. Realizowany dzięki wsparciu Unii Europejskiej projekt EUSTACE wykorzystał pomiary satelitarne, aby umożliwić szacunkową ocenę temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi w kompleksowy sposób, który nie był dotychczas możliwy. Tworzenie nowej dokumentacji danych klimatycznych Dzięki połączeniu bezpośrednich pomiarów, szacunkowych danych satelitarnych oraz uczenia maszynowego wykorzystującego algorytm statystyczny w celu opracowywania danych dotyczących miejsc, dla których nie istniały one do tej pory, w ramach projektu EUSTACE powstał szereg produktów stanowiących zbiory danych. Partnerzy zgromadzeni wokół projektu opracowali znormalizowany zestaw danych ze stacji meteorologicznych obejmujący pomiary temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi w Europie od 1951 roku, zawierający także kompletną analizę maksymalnej i minimalnej temperatury występującej każdego dnia. W ramach projektu powstały także dane szacunkowe dla wszystkich rodzajów powierzchni występujących na Ziemi, jednak tym razem zostały one opatrzone nowymi i spójnymi wskaźnikami niepewności szacunków. Opracowanie tak dokładnych wskaźników niepewności było możliwe dzięki wykorzystaniu danych o temperaturze powierzchni lądów, mórz, oceanów i lodu pochodzących z innych projektów satelitarnych. Wykorzystanie tych danych pozwoliło zespołowi na analizę dziennych temperatur powietrza przy powierzchni Ziemi (opatrzonych wskaźnikami niepewności) obejmujących okres od 1850 roku w oparciu o połączone dane z pomiarów in situ oraz szacunki na podstawie danych satelitarnych. W ramach projektu określono również pomiary temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi ze stacji meteorologicznych charakteryzujące się nieciągłościami spowodowanymi czynnikami niezwiązanymi z klimatem, takimi jak zmiany w wykorzystywanych przyrządach, lokalizacją stacji czy procedurą pomiarową. „W przypadku tych produktów sprawdzaliśmy zestawy danych testowych z pomocą międzynarodowych specjalistów, którzy wykorzystywali je w różnorodnych celach”, twierdzi koordynatorka projektu Nick Rayner. „Dzięki temu uzyskaliśmy informacje na temat sposobu korzystania z danych klimatycznych, preferowanych formatów danych oraz zakresu potrzebnych zmiennych. W ramach prac okazało się na przykład, że minimalne i maksymalne temperatury są równie ważnymi danymi jak średnie temperatury dzienne”. Wiele spośród ustalonych wymagań użytkowników uwzględniono następnie w projekcie struktury plików danych opracowanym w ramach projektu EUSTACE, a także towarzyszących mu instrukcjach obsługi. Dokładność produktów powstałych w ramach projektu EUSTACE została oceniona na podstawie podzbioru pomiarów ze stacji zlokalizowanych na lądzie i lodzie, a także na statkach oraz bojach lodowych. Aby zapewnić niezależność tych danych, zostały one uprzednio wyłączone z analizy. „Wyniki walidacji udowodniły, że nasza metoda sprawdziła się doskonale – w szczególności nasze nowe wskaźniki niepewności szacunków”, dodaje Rayner. Dane opracowane w ramach projektu EUSTACE zostały skatalogowane w archiwum Centrum Analizy Danych Środowiskowych (CEDA), a ponadto udostępnione, w miarę możliwości, na podstawie Otwartej Licencji Rządowej. Pokonywanie wyzwań społecznych Zespół projektowy bada obecnie różnorodne możliwości poprawienia zestawów danych satelitarnych w celu uzyskania dokładniejszych analiz. Kolejnym kierunkiem prowadzonych badań jest cyfryzacja i zabezpieczenie większej ilości danych historycznych, co powinno pozwolić na ulepszenie globalnych analiz temperatury powietrza poprzez wprowadzenie lepszych ram modelowania statystycznego, w szczególności w przypadku regionów charakteryzujących się obecnie niedostateczną ilością danych. Coraz większa wiedza na temat temperatur powietrza przy powierzchni Ziemi może przyczynić się do rozwiązania szeregu problemów społecznych. Dzięki niej możemy lepiej zrozumieć powiązania pomiędzy temperaturą powietrza i chorobami, a także skutki stresu termicznego. Z projektu mogą również płynąć korzyści dla wielu innych obszarów, takich jak bezpieczeństwo żywnościowe, zrównoważone rolnictwo i leśnictwo, badanie mórz, przybrzeży i wód śródlądowych, a także wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych. „Ponadto, dzięki dostarczeniu lepszych danych historycznych na temat zmienności, zakresów oraz najwyższych wartości temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi, projekt EUSTACE pomaga w opracowywaniu prognoz i modeli klimatycznych, a także w planowaniu środków łagodzących i zmian ukierunkowanych na zwalczanie ocieplenia klimatu”, dodaje Rayner.
Słowa kluczowe
EUSTACE, satelita, stacja meteorologiczna, temperatura przy powierzchni, dane, uczenie maszynowe, meteorologiczna, łagodzenie, dostosowanie, klimat, zrównoważone
