Globální teplota u povrchu

Co pozorujeme

Globální teplota u povrchu vyjadřuje, jak se průměrná teplota v blízkosti povrchu Země změnila za určitý měsíc nebo rok. Nad pevninou vychází z teploty vzduchu měřené meteorologickými stanicemi, nad nezamrzlým oceánem z teploty vody měřené u hladiny. Výsledkem je plošně vážený rozdíl ve stupních Celsia vůči zvolenému víceletému průměru.

Jednotlivý teploměr poskytne místní hodnotu. Globální číslo vznikne až spojením pozorování z mnoha pevninských a oceánských oblastí. Hansen a Lebedeff v roce 1987 ukázali, jak lze pozemní stanice skládat do oblastí a z nich vypočítat změnu teploty ve velkém měřítku. Brohan a kol. v roce 2006 podrobně popsali výpočet HadCRUT3, v němž se pozemní teplota vzduchu spojuje s teplotou vody u hladiny oceánu. Tyto dvě otevřeně dostupné práce zachycují cestu od pozemního výpočtu k dnešnímu společnému ukazateli pro pevninu a oceán. Hansen & Lebedeff, 1987 a Brohan et al., 2006

Tuto definici používají i současné práce vzniklé nezávisle v několika výzkumných skupinách. Hansen a kol. ji popsali pro výpočet NASA, Rohde a Hausfather pro Berkeley Earth, Morice a kol. pro HadCRUT5 a Yin a kol. pro NOAAGlobalTemp. Metody se liší v podrobnostech, ale všechny tyto produkty spojují pozemní teplotu vzduchu s oceánskou teplotou vody u hladiny. Hansen et al., 2010, Rohde & Hausfather, 2020, Morice et al., 2021 a Yin et al., 2024

Každá hodnota potřebuje název produktu, jeho verzi a referenční období. GISTEMP v4 například zveřejňuje rozdíly vůči průměru let 1951–1980, HadCRUT5 vůči letům 1961–1990 a NOAAGlobalTemp v6.1.0 vůči letům 1991–2020. Pro vzájemné srovnání lze všechny hodnoty převést ke společnému základu. Změní se tím poloha nuly, zatímco rozdíl mezi dvěma roky zůstane stejný.

Místní průměr se počítá zvlášť pro každý kalendářní měsíc. Lednové měření v Praze se tedy porovnává s dlouhodobým lednovým průměrem Prahy, červencové měření s červencovým průměrem. Tento postup odstraní z globálního výpočtu běžné rozdíly mezi ročními obdobími i mezi teplými a chladnými místy. Teprve místní rozdíly se spojují do mapy a globálního průměru.

Historie globálního výpočtu

Teplota vzduchu se na jednotlivých místech zapisovala dávno před vznikem globálního výpočtu. Meteorologické stanice se během 19. století rozšířily hlavně v Evropě a Severní Americe. Pozorování nad oceánem přibývala v lodních denících podél pravidelných plavebních tras. Rok 1850, kterým začínají HadCRUT5, NOAAGlobalTemp a Berkeley Earth, označuje nejstarší období použité pro jejich souvislé globální výpočty. Rozmístění pozorování tehdy bylo výrazně řidší než dnes.

Guy Stewart Callendar v roce 1938 porovnal roční teplotní rozdíly 147 stanic za období 1880–1935. Stanice rozdělil podle zeměpisné šířky a z jejich skupin počítal průměry. Výsledkem byl raný globální odhad založený na pevninských stanicích, jejichž rozmístění bylo tehdy podstatně řidší a méně rovnoměrné než dnes. Pro tento historický krok uchováváme archivní kopii původní práce. Callendar, 1938

Hansen a Lebedeff v roce 1987 zkoumali, jak dobře se měsíční změny na jedné stanici podobají změnám na okolních stanicích. Na tomto základě skládali pozemní měření do oblastí a odhadovali chybu způsobenou nepravidelným rozmístěním stanic. Práce zároveň zveřejnila regionální i globální výsledky a vysvětlila, proč lze dlouhodobou změnu odhadnout i ze sítě, která nepokrývá celý povrch rovnoměrně. Patří tak k přímým metodickým předchůdcům dnešního výpočtu NASA. Hansen & Lebedeff, 1987

Od devadesátých let se rozšířily digitální archivy, měsíční aktualizace a zveřejňování map. Přibyly podrobné opravy změn přístrojů, několik způsobů odhadu oblastí bez přímého měření a samostatné výpočty nejistoty. Historická pozorování se přitom nezamykají do jedné neměnné tabulky: nově nalezený lodní deník, opravené datum nebo lepší informace o stanici se mohou projevit i ve starší části nového vydání dat.

Co se skutečně měří

Nad pevninou

Meteorologická stanice měří teplotu okolního vzduchu v ochranném krytu, který omezuje přímé sluneční záření a vliv srážek. Světová meteorologická organizace uvádí pro běžné povrchové pozorování výšku přístroje 1,25 až 2 metry nad zemí. Současné automatické stanice často používají elektrický odporový teploměr; starší záznamy vznikaly odečtem kapalinových teploměrů. Poloha stanice, výška přístroje, typ krytu a změny vybavení se zapisují jako doprovodné údaje. WMO: Guide to Instruments and Methods of Observation

Pro globální výpočet se používají měsíční průměry. Jedna stanice tak může přispět až dvanácti hodnotami za rok. Národní meteorologické služby je vytvářejí z denních odečtů, případně předávají dochované historické měsíční záznamy. Mezinárodní archiv GHCN-M v4 tyto údaje a další sbírky spojuje, vyhledává duplicity a přidává značky kontroly kvality. Jeho metodický popis uvádí původ dat i postup sestavení databáze. Menne et al., 2018

Mapa ukazuje místa, z nichž NASA může čerpat, nikoli počet stanic použitých v každém měsíci. Délka záznamu se mezi stanicemi liší a síť se v čase mění. Husté soustředění bodů v Evropě také neznamená, že Evropa dostane v globálním výsledku větší váhu. Pozorování se nejprve spojí v zeměpisných oblastech a teprve ty se váží podle plochy.

Nad oceánem

Lodě měřily teplotu vody vytažené v dřevěných, plátěných nebo izolovaných vědrech a později také vodu proudící k sání lodního motoru. Vědro může během vytažení ztrácet teplo odpařováním; měření v útrobách lodi může naopak ovlivnit teplé okolí. Záznamy proto potřebují informaci o použitém způsobu. Datový produkt HadSST4 vytváří více možných oprav podle typu vědra, měření v sání motoru a období, v němž se jednotlivé metody používaly. Kennedy et al., 2019

Od konce 20. století poskytují stále větší podíl přímých oceánských pozorování zakotvené a volně unášené bóje. Teploměr driftující bóje je umístěn několik centimetrů pod rozhraním vody a vzduchu a hodnotu odesílá družicí. Lodní a bójová měření se shromažďují v archivu ICOADS, který zachovává typ platformy, polohu, čas a dostupné údaje o způsobu měření. Freeman et al., 2017

Družice mohou mapovat teplotu velmi tenké vrstvy na samotném povrchu oceánu, ale hlavní historické produkty popsané v tomto článku stojí nad oceánem na přímých měřeních z lodí a bójí. GISTEMP v4 například používá oceánský produkt ERSST v5, HadCRUT5 používá HadSST4 a NOAAGlobalTemp v6.1.0 používá ERSST v6. Každý z nich začíná jednotlivými pozorováními z mezinárodních námořních archivů a následně řeší mezery a změny měřicích metod vlastním postupem.

Jak vzniká globální výpočet

1. Pozorování dostane místo, čas a původ

Každý měsíční údaj stanice nese její zeměpisnou polohu a identifikátor. Oceánské měření nese polohu lodi nebo bóje, čas a pokud možno také typ přístroje. Archivy hledají duplicity, nemožné souřadnice, chybné jednotky a hodnoty, které neodpovídají okolním pozorováním. Podezřelé údaje dostanou kontrolní značku nebo se z konkrétního výpočtu vyřadí; původní archiv a zpracovaný vstup jsou zveřejňovány odděleně.

2. Posoudí se změny stanice a měřicího postupu

Přestěhování stanice, nový kryt, změna teploměru nebo jiná denní doba odečtu mohou v místním záznamu vytvořit skok. Doprovodné údaje někdy změnu přímo popisují. Statistické postupy ji zároveň hledají porovnáním stanice s okolními místy: společná změna počasí se obvykle projeví u sousedů, místní skok pouze u jedné stanice. Menne a Williams v roce 2009 popsali párový postup používaný při zpracování pozemních dat NOAA. Menne & Williams, 2009

Oceánská část řeší podobný problém jinými prostředky. Autoři porovnávají souběžná měření lodí, bójí a teplotních profilů a odhadují odchylky jednotlivých způsobů odběru. HadSST4 proto není jedna opravená minulost, ale soubor 200 možných zpracování, která zastupují přípustné hodnoty nejistých oprav. Tato informace pokračuje až do nejistoty výsledného HadCRUT5. Kennedy et al., 2019

3. Spočítá se místní měsíční rozdíl

Pro každou stanici nebo oceánskou buňku se určí obvyklá teplota jednotlivých kalendářních měsíců v referenčním období. Od každého měsíčního měření se odečte odpovídající dlouhodobý průměr. Výsledek říká, o kolik byl daný měsíc na daném místě teplejší nebo chladnější než jeho vlastní základ. Tento místní rozdíl se může podobat hodnotám v širokém okolí mnohem více než samotná teplota, což umožňuje spojovat nepravidelně rozmístěná pozorování. Hansen & Lebedeff, 1987

4. Místní hodnoty se rozmístí do mapy

Povrch Země se rozdělí na buňky a pozorování uvnitř nebo v okolí každé buňky se spojí. HadCRUT5 zveřejňuje mapu v buňkách o velikosti 5° zeměpisné šířky a 5° délky. GISTEMP nabízí pravidelnou mřížku 2° × 2° a používá pozemní stanice až do určené vzdálenosti od středu buňky. Rozlišení souboru proto popisuje velikost výstupní buňky, nikoli hustotu ani přesnost původních teploměrů.

5. Určí se zacházení s oblastmi bez měření

HadCRUT5 nabízí dvě odpovědi. První ponechá buňku bez dostatečných pozorování prázdnou. Druhá odhadne chybějící hodnotu z prostorové souvislosti okolních dat a přidá nejistotu tohoto odhadu. GISTEMP rozšiřuje pozemní změny do vzdálenosti až 1 200 kilometrů, pokud má v dosahu vhodnou stanici. Berkeley Earth používá vlastní statistický prostorový výpočet. NOAAGlobalTemp v6 využívá neuronovou síť pro pozemní oblasti a Arktidu; verze 6.1.0 přidala stejně založenou oceánskou rekonstrukci ERSST v6. Morice et al., 2021, Hansen et al., 2010 a Yin et al., 2024

6. Buňky se váží podle plochy

Buňky stejné úhlové velikosti mají u rovníku větší plochu než u pólů. Globální průměr proto zohledňuje jejich skutečnou plochu. Některé postupy nejprve počítají šířkové pásy nebo polokoule, jiné pracují přímo s plošnými vahami jednotlivých buněk. Hustota stanic ovlivní, jak dobře je oblast popsána, ale konečný příspěvek oblasti určuje její plocha, nikoli počet teploměrů.

7. K výsledku se připojí nejistota

Nejistota zahrnuje přesnost jednotlivých měření, omezený počet pozorování uvnitř buňky, možné chyby oprav, chybějící oblasti i volbu prostorového postupu. Je největší v 19. století, kdy bylo měření málo, zejména nad oceány a v polárních oblastech. S rozšířením stanic a bójí se zmenšuje, ale zcela nemizí. Brohan a kol. tyto složky oddělili pro HadCRUT3; novější HadCRUT5 je převádí do 200 možných realizací pozemní, oceánské a globální mapy. Brohan et al., 2006 a Morice et al., 2021

NASA zveřejňuje pro GISTEMP v4 obdobný soubor 200 možných měsíčních map pro roky 1880–2020. Každá varianta představuje jedno přípustné zpracování vzhledem k popsaným nejistotám. Rozptyl variant lze přenést do dalšího výpočtu místo toho, aby uživatel pracoval pouze s jednou střední křivkou. Lenssen et al., 2024

Zveřejňovaná data

Níže jsou čtyři pravidelně používané globální produkty. Každý uvádí měsíční nebo roční rozdíly ve stupních Celsia, ale používá vlastní referenční období a vlastní způsob práce s prázdnými oblastmi. Uvedené verze a odkazy odpovídají stavu k datu tohoto článku.

Následující animace ukazuje jednu z těchto zpracovaných map. Každý snímek je pětiletým průměrem GISTEMP v4; první zachycuje roky 1880–1884 a poslední roky 2021–2025. Barva vyjadřuje místní rozdíl vůči průměru 1951–1980. Šedá místa nemají v daném výpočtu dostatek údajů a NASA je v této animaci nedopočítává.

Srovnání dat

Jednotlivé produkty čerpají z velké části ze stejných mezinárodních archivů. GISTEMP a NOAAGlobalTemp používají pozemní GHCN-M v4; HadCRUT5 a Berkeley Earth sdílejí část oceánských podkladů HadSST4. Shoda jejich křivek proto není srovnáním čtyř zcela oddělených sítí teploměrů. Srovnává především několik způsobů, jak z mnoha společných i odlišných vstupů sestavit globální výsledek.

Největší metodické rozdíly se týkají oblastí bez přímého měření, polárních oblastí, zacházení s mořským ledem a oprav historických oceánských měření. V 19. století je pozorování méně, takže se křivky rozcházejí více než v posledních desetiletích. Referenční období lze pro graf sjednotit; rozdíly vzniklé pokrytím a metodou tím nezmizí.

Graf Copernicus převádí šest produktů na společný základ 1850–1900. Barevné sloupce zobrazují atmosférickou rekonstrukci ERA5 od roku 1940. Bílé body přidávají JRA-3Q, GISTEMP v4, NOAAGlobalTemp v6, Berkeley Earth a HadCRUT5 v letech, pro něž jsou dostupné. Graf tak odpovídá na jedinou otázku: jak podobně vycházejí roční globální hodnoty po sjednocení referenčního období.

Pozorování

Zveřejněné globální výpočty ukazují dlouhodobý posun k vyšším hodnotám. Roční výsledky přitom kolísají a jednotlivé produkty se v přesném čísle i pořadí blízkých let mírně liší. Společný časový průběh je patrný v pozorovacích produktech s odlišnými způsoby prostorového zpracování.

Šestá hodnotící zpráva IPCC porovnala více globálních produktů a pro desetiletí 2011–2020 vyhodnotila průměrnou změnu o 1,09 °C vůči období 1850–1900. Uvedené rozmezí 0,95 až 1,20 °C zahrnuje nejistotu pozorování i rozdíly mezi použitými produkty. Jde o průměr deseti let, nikoli o hodnotu jediného roku. IPCC AR6, kapitola 2

Nejnovější dokončené roční vyhodnocení zveřejnila Světová meteorologická organizace ve zprávě za rok 2025. Její souhrn devíti globálních produktů určil rok 2025 na 1,43 ± 0,13 °C nad průměrem 1850–1900; uvedený interval má devadesátiprocentní úroveň nejistoty. Ve dvou produktech byl rok 2025 druhý nejteplejší a v sedmi třetí. Rozdíl mezi blízkými roky je tedy menší než nejistota, s níž lze jejich přesné pořadí určit. WMO: State of the Global Climate 2025

Stejný souhrn uvádí pro rok 2024 hodnotu 1,55 ± 0,13 °C nad obdobím 1850–1900 a označuje jej za nejteplejší rok ve všech devíti použitých produktech. Roky 2023, 2024 a 2025 tvoří v každém z nich tři nejteplejší roky, i když se jejich druhé a třetí místo může prohodit. Všech jedenáct let od roku 2015 do roku 2025 patří mezi jedenáct nejteplejších roků pozorovaného období.

Starší část grafu má širší rozpětí mezi produkty a větší uváděnou nejistotu, protože pozorování jsou řidší a větší část povrchu musí být ponechána prázdná nebo odhadnuta. V posledních desetiletích se roční křivky drží těsněji u sebe. WMO uvádí, že rozdíly mezi devíti produkty mění odhad dlouhodobého posunu přibližně o 0,1 až 0,2 °C; tento rozptyl zahrnuje do nejistoty hodnot vztažených k období 1850–1900. Přesná hodnota proto vždy patří ke konkrétnímu produktu a verzi, zatímco dlouhodobý posun je společným výsledkem všech zde srovnaných zpracování. WMO: State of the Global Climate 2025

Prameny, data a licence