شذوذ درجة الحرارة

الشذوذ الحراري هو الفرق، سواءً كان موجبًا أو سالبًا، بين درجة الحرارة وقيمة أساسية أو مرجعية، تُختار عادةً كمتوسط ​​لدرجات الحرارة خلال فترة مرجعية أو أساسية محددة. في علوم الغلاف الجوي ، يُحسب متوسط ​​درجة الحرارة عادةً على مدى فترة لا تقل عن 30 عامًا فوق منطقة جغرافية متجانسة، أو على مستوى العالم فوق كوكب الأرض بأكمله.

تُستقى درجات الحرارة من محطات الأرصاد الجوية السطحية والبحرية، أو تُستنتج من بيانات الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية . ويمكن حساب شذوذات درجات الحرارة بناءً على مجموعات بيانات درجات حرارة الغلاف الجوي القريبة من السطح والطبقات العليا، أو درجات حرارة سطح البحر .

تُعدّ شذوذات درجة الحرارة مقياسًا لدرجة الحرارة مقارنةً بدرجة حرارة مرجعية، تُحسب عادةً كمتوسط ​​لدرجات الحرارة خلال فترة مرجعية، تُسمى غالبًا فترة الأساس. ^{[ 1 ]} وعادةً ما تُعرض سجلات متوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض العالمية كشذوذات بدلاً من درجات حرارة مطلقة. ^{[ 1 ]}

يُتيح استخدام القيم المرجعية المحسوبة لمناطق مختلفة خلال نفس الفترة الزمنية إنشاء خط أساس تُحسب منه الانحرافات، بحيث تُستخدم البيانات المُعَيَّرة لمقارنة أنماط درجات الحرارة بالقيم الطبيعية بدقة أكبر. ^{[ 1 ]} على سبيل المثال، قد تكون مجموعات البيانات دون العالمية خاصة باليابسة فقط، أو بالمحيطات فقط ، أو بسلاسل زمنية نصف كروية. ^{[ 1 ]} توفر الانحرافات إطارًا مرجعيًا يسمح بإجراء مقارنات أكثر جدوى بين المواقع وحسابات أكثر دقة لاتجاهات درجات الحرارة. ^{[ 1 ]}

لا يؤثر استخدام فترات أساسية مختلفة على شكل مخططات السلاسل الزمنية أو على تصوير الاتجاهات فيها. ^{[ 1 ]} فعلى سبيل المثال، تشجع سياسة المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) على استخدام فترة أساسية مدتها 30 عامًا، بينما تُستخدم أحيانًا فترة أساسية مدتها قرن من الزمان لتبسيط المفاهيم، وذلك لتتبع التطور العام لدرجات الحرارة على كامل سطح الأرض. ^{[ 1 ]} وقد استخدمت منظمات الأرصاد الجوية المختلفة فترات أساسية مختلفة لمجموعات بيانات متوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض ، مثل 1951-1980 (NASA GISS ^{[ 2 ]} و Berkeley Earth ^{[ 3 ]} )، و1961-1990 (HadCRUT UK ^{[ 4 ]} )، و1901-2000 (NCDC/NOAA ^{[ 5 ]} )، و1991-2020 (Japan Met ^{[ 6 ]} ).

الانحراف المعياري

لا تكفي الشذوذات وحدها لتوصيف استثنائية قيم درجات الحرارة. يُحدد الانحراف المعياري - الذي يُرمز له بالحرف الصغير سيجما، σ - درجة تباين قيم مجموعة البيانات (انظر الأشرطة الملونة في الرسم البياني على اليمين). على سبيل المثال،  قد يكون تباين +2 درجة مئوية أكثر أهمية في منطقة ذات درجات حرارة مستقرة عادةً من تباين +3  درجات مئوية في منطقة ذات تباين كبير عادةً. ^{[ 8 ]} لهذا الغرض، غالبًا ما تُعرض الشذوذات على أنها "شذوذات معيارية"، أي الشذوذ مقسومًا على الانحراف المعياري.

باختصار: يحدد اختيار الفترة المرجعية الموضع الرأسي للأثر على الرسم البياني، ويحدد الانحراف مقدار "تمدد" الأثر في الاتجاه الرأسي على الرسم البياني.

تُقدّم التنبؤات الجوية الرقمية توقعات درجات الحرارة للأيام أو الأسابيع القليلة القادمة، ويمكن استخدامها لحساب الانحرافات خلال هذه الفترات. يوجد نوعان من التنبؤات: التنبؤات القطعية والتنبؤات الاحتمالية، ولكل منهما نتائج مختلفة.

البيانات القطعية هي القيم التي يتم الحصول عليها من خلال تشغيل نموذج التنبؤ بشروط ابتدائية محددة مسبقًا من خلال عملية استيعاب البيانات . أما البيانات الاحتمالية فتأتي من مجموعات التنبؤ حيث يتم تشغيل النموذج (أو نماذج مختلفة) عدة مرات مع اختلافات طفيفة في الشروط الابتدائية في كل مرة. ^{[ 9 ]}

تتميز الشذوذات الحتمية بانحراف معياري يعتمد فقط على انحياز التنبؤ. أما الانحراف والشذوذات الاحتمالية، المحسوبة من حلول نماذج متعددة، فهي في حد ذاتها احتمالات لحدوثها.

• الطقس القاسي
• موجة حر
• موجة حر بحرية