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Reconstruction of missing data and analysis of air temperature variability at the Arctowski Station (Antarctic Peninsula region), 1977–2025

यह अध्ययन ERA5 पुनर्संयोजन (reanalysis) और प्रतिगमन मॉडलों (regression models) का उपयोग करके आर्कटोव्स्की स्टेशन (1977-2025) के लिए लुप्त दैनिक औसत वायु तापमान डेटा का पुनर्निर्माण करता है, जो महत्वपूर्ण स्थानीय परिवर्तनशीलता और वैकल्पिक तापन/शीतलन अवधियों को प्रकट करता है, जबकि सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण दीर्घकालिक प्रवृत्ति के बिना, बढ़ते जलवायु महासागरीयता (oceanity) को भी रेखांकित करता है।

मूल लेखक: Marek Kejna, Joanna Plenzler, Sławomir Sulik

प्रकाशित 2026-07-10

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Marek Kejna, Joanna Plenzler, Sławomir Sulik

मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि अंटार्कटिक प्रायद्वीप एक विशाल, बर्फीले खेल के मैदान की तरह है जहाँ मौसम सबसे अनिश्चित खेल है। लगभग 50 वर्षों से, वैज्ञानिक किंग जॉर्ज द्वीप पर स्थित हेनरिक आर्टकोव्स्की पोलिश अंटार्कटिक स्टेशन (HA) नामक एक विशिष्ट स्थान पर स्कोर रख रहे हैं। लेकिन, फटे हुए पन्नों वाली एक डायरी की तरह, उनके मौसम के लॉग में बड़े अंतराल थे। कुछ वर्ष पूरी तरह से गायब थे; अन्य महीनों में छेद थे।

यह शोध पत्र इस बारे में है कि कैसे शोधकर्ता मारेक केजना और उनकी टीम ने उन गायब पन्नों को भरने के लिए जासूसों की तरह काम किया, अनुमान लगाकर नहीं, बल्कि आकाश के एक अत्यंत सटीक डिजिटल मानचित्र जिसे ERA5 कहा जाता है, का उपयोग करके।

महान डेटा चोरी: खाली स्थानों को भरना
टीम पास के स्टेशनों से डेटा का उपयोग नहीं कर सकती थी क्योंकि स्थानीय पहाड़ और हवा के पैटर्न किंग जॉर्ज द्वीप को अपने आप में एक मौसम द्वीप जैसा बना देते हैं। इसके बजाय, उन्होंने ERA5 पुनर्मूल्यांकन ग्रिड (reanalysis grid) से प्रति घंटा डेटा लिया—जो एक विशाल, वैश्विक कंप्यूटर मॉडल है जो वायुमंडल पर नज़र रखता है।

उन्होंने पाया कि हालांकि कंप्यूटर मॉडल बहुत अच्छा था, लेकिन यह पूर्ण नहीं था। यह एक ऐसे दोस्त की तरह था जो आपको बताता है कि तापमान "ठंडा" है, लेकिन यह चूक जाता है कि वह वास्तव में "जमने वाला" या "बहुत ठंडा" है। विशेष रूप से, मॉडल अक्सर वास्तविक स्टेशन की तुलना में थोड़ा अधिक ठंडा था, खासकर गर्मियों में। अंतर औसतन लगभग 0.6°C था, लेकिन फरवरी में, वास्तविक स्टेशन मॉडल के अनुमान की तुलना में 1.1°C अधिक गर्म था।

इसे ठीक करने के लिए, टीम ने हर एक महीने के लिए कस्टम "अनुवाद नियम" (रिग्रेशन समीकरण) बनाए। इसे एक गुप्त डिकोडर रिंग की तरह समझें: यदि कंप्यूटर कहता था कि जुलाई में तापमान -5°C है, तो नियम उन्हें बताता था कि वास्तविक स्टेशन वास्तव में -5.01°C था। यदि कंप्यूटर कहता था कि फरवरी में तापमान 1°C है, तो नियम इसे बदलकर आरामदायक 2.1°C कर देता था। एक बार जब उन्होंने इन नियमों को गायब दिनों पर लागू किया, तो उनके पास 1977 से 2025 तक का एक पूर्ण, अटूट रिकॉर्ड आ गया।

मौसम की रिपोर्ट: उन्होंने क्या पाया?
पूर्ण डायरी बहाल होने के बाद, टीम ने पिछले 48 वर्षों के जलवायु का गहराई से अध्ययन किया। यहाँ संख्याएँ क्या कहती हैं:

औसत ठंड: यह स्टेशन पूरे क्षेत्र में सबसे गर्म स्थान है, जिसका औसत वार्षिक तापमान -1.6°C है। यह सुनने में जमने वाला लग सकता है, लेकिन अंटार्कटिका में, यह व्यावहारिक रूप से एक हीटवेव है!
ऋतुएँ: सबसे ठंडा महीना जुलाई है, जिसका औसत -5.8°C है। सबसे गर्म महीना फरवरी है, जो 2.3°C तक पहुँचता है।
चरम सीमाएँ: तापमान बहुत तेजी से बदलता है। सबसे कम तापमान -32.3°C (-32.3°C, 24 जुलाई, 1986 को) तक गया था, और सबसे अधिक तापमान 16.7°C (20 जनवरी, 1979 को) था।
"महासागर" का प्रभाव: यहाँ का मौसम महासागर से अत्यधिक प्रभावित है। तापमान उतना नाटकीय रूप से नहीं बदलता जितना कि एक जमी हुई महाद्वीप पर होता है; सबसे गर्म और सबसे ठंडे महीनों के बीच का अंतर केवल 7.4°C है। यह एक बेहतरीन इन्सुलेशन वाले घर में रहने जैसा है—महासागर तापमान को पागल होने से रोकता है।

लुप्त रुझान का रहस्य
यहाँ बड़ा मोड़ है: यदि आप 1977 से 2025 तक की पूरी 48 वर्षों की अवधि को देखते हैं, तो कोई सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण रुझान (statistically significant trend) नहीं है जो यह दर्शाता हो कि स्टेशन समग्र रूप से गर्म हो रहा है या ठंडा हो रहा है। यह पेपर विशेष रूप से इस विशिष्ट स्थान के लिए इस विशिष्ट समय अवधि के दौरान एक सरल, स्थिर वार्मिंग लाइन को खारिज करता है।

इसके बजाय, तापमान एक रोलरकोस्टर की तरह व्यवहार करता है जिसका कोई स्पष्ट दिशा नहीं है, बस बड़े लूप हैं:

यह 1984 तक गर्म हुआ।
फिर 1994 तक ठंडा हुआ।
फिर 1999 तक फिर से गर्म हुआ।
फिर 2015 तक ठंडा हुआ।
और अंत में, 2015 के बाद फिर से बढ़ने लगा।

लेखकों का सुझाव है कि ये उतार-चढ़ाव बड़े वायुमंडलीय पैटर्न के कारण होते हैं, जैसे कि सदर्न एनुलर मोड और "वायुमंडलीय नदियाँ" (जो उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों से ध्रुवों की ओर बहने वाली विशाल, अदृश्य गर्म हवा की नदियों की तरह हैं)।

बर्फ के बारे में क्या?
टीम ने "पॉजिटिव डिग्री डेज़" (बर्फ पिघलाने के लिए पर्याप्त गर्म दिन) और "फ्रॉस्ट डिग्री डेज़" (चीजों को जमाने के लिए पर्याप्त ठंडे दिन) का भी अध्ययन किया। हालांकि पिघलने या जमने की मात्रा साल-दर-साल बहुत बदलती है, पेपर में उल्लेख किया गया है कि विश्लेषण की गई अवधि के दौरान पॉजिटिव डिग्री डेज़ या फ्रॉस्ट डिग्री डेज़ के लिए कोई सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण रुझान नहीं देखा गया। पिघलने या जमने की ओर एक निरंतर बदलाव के बजाय, डेटा कई वर्षों के उतार-चढ़ाव और परिवर्तनशीलता को दर्शाता है, जिसमें कुल योग में कोई स्पष्ट दीर्घकालिक दिशा नहीं है।

मुख्य निष्कर्ष
यह पेपर यह दावा नहीं करता है कि इसने अंटकटिका में ग्लोबल वार्मिंग के रहस्य को सुलझा लिया है। इसके बजाय, यह सिद्ध करता है कि तीव्र परिवर्तन के लिए जाने जाने वाले स्थान में भी, मौसम दशकों तक एक-दूसरे को रद्द करने वाले गर्म और ठंडे काल का एक अराजक मिश्रण हो सकता है। डेटा अब पूर्ण और विश्वसनीय है, जो दिखाता है कि भले ही अंटकटिक प्रायद्वीप परिवर्तन का एक "हॉटस्पॉट" है, हेनरिक आर्टकोव्स्की स्टेशन एक सीधी रेखा के बजाय उतार-चढ़ाव वाली जगह रही है। भविष्य? पेपर सुझाव देता है कि यदि हम देखते रहे, तो हम आने वाले दशकों में अधिक गर्मी देख सकते हैं, लेकिन 1977 से 2025 के वर्षों के लिए, कहानी परिवर्तनशीलता की है, न कि किसी एक दिशा की।

तकनीकी सारांश: आर्कटोव्स्की स्टेशन (1977-2025) पर लुप्त डेटा का पुनर्निर्माण और वायु तापमान परिवर्तनशीलता का विश्लेषण

समस्या विवरण
अंटार्कटिक प्रायद्वीप को एक जलवायु "हॉटस्पॉट" के रूप में मान्यता दी गई है जो तीव्र पर्यावरणीय परिवर्तनों, जिसमें महत्वपूर्ण हिमनद पिघलना (deglaciation) और तापमान परिवर्तन शामिल हैं, से गुजर रहा है। हालाँकि, इस क्षेत्र के स्टेशनों से दीर्घकालिक मौसम संबंधी रिकॉर्ड अक्सर परिचालन संबंधी बाधाओं, उपकरण की विफलता या लॉजिस्टिक चुनौतियों के कारण डेटा अंतराल (data gaps) से ग्रस्त होते हैं। हेनरीक आर्कटोव्स्की पोलिश अंटार्कटिक स्टेशन (HA), जो किंग जॉर्ज द्वीप पर स्थित है और 1977 से कार्यरत है, लगभग पाँच दशकों के इतिहास का स्वामी है जो रुक-रुक कर होने वाले अवलोकनों से चिह्नित है। ये अंतराल दीर्घकालिक जलवायु परिवर्तनशीलता और प्रवृत्तियों के विश्लेषण में बाधा डालते हैं। इसके अलावा, जबकि ERA5 जैसे पुनर्मूल्यांकन (reanalysis) डेटासेट वैश्विक कवरेज प्रदान करते हैं, वे ध्रुवीय क्षेत्रों में स्थानीय स्टेशन मापों की तुलना में व्यवस्थित पूर्वाग्रह (systematic biases) प्रदर्शित कर सकते हैं, जो स्थलाकृति (orography), सतह विकिरण संतुलन और स्थानीय परिसंचरण में अंतर के कारण होता है। इस अध्ययन द्वारा संबोधित प्राथमिक चुनौती HA स्टेशन के लुप्त दैनिक औसत वायु तापमान डेटा का पुनर्निर्माण करना है ताकि 1977-2025 की अवधि के लिए एक सजातीय (homogeneous), निरंतर समय श्रृंखला बनाई जा सके, जबकि ERA5 पुनर्मूल्यांकन मूल्यों और स्थानीय स्टेशन डेटा के बीच विसंगतियों को भी ध्यान में रखा जा सके।

कार्यप्रणाली
अध्ययन ने लुप्त डेटा के पुनर्निर्माण और तापमान परिवर्तनशीलता के विश्लेषण के लिए एक बहु-चरणीय दृष्टिकोण अपनाया:

डेटा पहचान और स्रोत चयन: लेखकों ने HA स्टेशन के 1977-2025 के रिकॉर्ड के भीतर लुप्त दैनिक डेटा के विशिष्ट अवधियों की पहचान की, जो कुल दिनों का लगभग 29.8% कवर करती हैं। लुप्त मानों की पूर्ति ERA5 पुनर्मूल्यांकन (कोपरनिकस क्लाइमेट चेंज सर्विस) से प्रति घंटा डेटा का उपयोग करके की गई, जो HA स्टेशन को घेरने वाले ग्रिड सेल (62.00°–62.25° S, 58.25°–58.50° W) के अनुरूप है।
प्रतिगमन मॉडलिंग (Regression Modeling): HA स्टेशन और ERA5 मूल्यों के बीच व्यवस्थित अंतर को संबोधित करने के लिए—विशेष रूप से इस निष्कर्ष को कि HA विशेष रूप से गर्मियों में ERA5 ग्रिड की तुलना में सामान्यतः अधिक गर्म है—लेखकों ने मासिक रैखिक प्रतिगमन समीकरण विकसित किए। इन मॉडलों को 2013 से 2025 तक के एक पूर्ण, सजातीय डेटासेट का उपयोग करके कैलिब्रेट किया गया, जहाँ स्टेशन और ERA5 दोनों का डेटा उपलब्ध था। इन मासिक समीकरणों के पियर्सन सहसंबंध गुणांक ( $R$ ) 0.92 से 0.95 के बीच थे।
सत्यापन और सजातीयता परीक्षण: पुनर्निर्मित डेटा का सत्यापन 1978-1990 की अवधि के मापे गए डेटा के विरुद्ध किया गया, जिससे $R = 0.949$ का सहसंबंध गुणांक प्राप्त हुआ। पुनर्निर्मित 1977-2025 श्रृंखला की सजातीयता का परीक्षण अलेक्जेंडरसन (1986) द्वारा विकसित 'स्टैंडर्ड नॉर्मल होमोजेनिटी टेस्ट' (SNHT) का उपयोग करके किया गया।
जलवायु विश्लेषण: अध्ययन ने विभिन्न जलवायु मापदंडों की गणना की, जिनमें शामिल हैं:
- माध्य, अधिकतम और न्यूनतम तापमान।
- महाद्वीयता (गोरज़िंस्की इंडेक्स, $K_G$ ) और समुद्री प्रभाव (मार्सज़ इंडेक्स, $O_M$ ) सूचकांक।
- पॉजिटिव डिग्री डेज़ (PDD) और फ्रॉस्ट डिग्री डेज़ (FDD)।
- वार्षिक और मासिक माध्य के लिए स्टूडेंट के टी-टेस्ट का उपयोग करके प्रवृत्ति (trend) विश्लेषण।
- पड़ोसी स्टेशनों (बेलिंगसेन और फाराडे/वर्नाडस्की) के साथ तुलनात्मक विश्लेषण।

मुख्य परिणाम

डेटा पुनर्निर्माण: पुनर्निर्मित 1977-2025 डेटासेट सजातीय पाया गया, जिसमें SNHT टेस्ट सांख्यिकी ( $T(k) = 7.86$ ) 0.05 सार्थकता स्तर पर क्रिटिकल वैल्यू (8.20) से नीचे रही।
तापमान विशेषताएँ: HA स्टेशन इस क्षेत्र में $-1.6^\circ\text{C}$ के उच्चतम वार्षिक औसत वायु तापमान को प्रदर्शित करता है। वार्षिक चक्र सौम्य सर्दियों (जुलाई माध्य: $-5.8^\circ\text{C}$ ) और ठंडी गर्मियों (फरवरी माध्य: $2.3^\circ\text{C}$ ) को दर्शाता है। चरम मान $-32.3^\circ\text{C}$ से $16.7^\circ\text{C}$ के बीच हैं।
ERA5 के साथ मौसमी विसंगतियाँ: HA और ERA5 के बीच महत्वपूर्ण अंतर मौजूद हैं। जबकि सर्दियों के अंतर न्यूनतम हैं (HA कभी-कभी ठंडा होता है), गर्मियों के अंतर पर्याप्त हैं, जहाँ HA फरवरी में ERA5 की तुलना में $1.1^\circ\text{C}$ तक अधिक गर्म है। यह सुझाव देता है कि स्थानीय कारक, जैसे कि फोहिन प्रभाव (foehn effects) और बर्फ-मुक्त भूभाग पर सौर विकिरण, व्यापक ERA5 ग्रिड की तुलना में स्टेशन के सूक्ष्म जलवायु (microclimate) को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं।
प्रवृत्तियाँ और परिवर्तनशीलता: संपूर्ण 1977-2025 अवधि के लिए कोई सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण दीर्घकालिक तापन या शीतलन प्रवृत्ति नहीं देखी गई ( $p = 0.74$ )। इसके बजाय, डेटा स्पष्ट बहु-दशकीय उतार-चढ़ाव काल को प्रकट करता है: 1984 तक तापन, 1994 तक शीतलन, 1999 तक तापन, 2015 तक शीतलन, और उसके बाद का उदय।
सागरीय प्रभाव: यह क्षेत्र अत्यधिक समुद्री जलवायु विशेषताओं द्वारा चिह्नित है, जैसा कि कम वार्षिक तापमान आयाम ( $7.4^\circ\text{C}$ ), कम गोरज़िंस्की महाद्वीयता सूचकांक ( $12.0\%$ ), और उच्च मार्सज़ समुद्री प्रभाव सूचकांक ($11.2$) से संकेत मिलता है।
डिग्री डेज़: PDD का औसत वार्षिक योग $329.6^\circ\text{C}$ था, और FDD का $-898.4^\circ\text{C}$ था। अध्ययन अवधि के दौरान PDD या FDD के लिए कोई सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण प्रवृत्ति नहीं पाई गई, हालांकि उच्च अंतर-वार्षिक परिवर्तनशीलता देखी गई।
क्षेत्रीय निरंतरता: HA पर तापमान परिवर्तनशीलता बेलिंगसेन स्टेशन ( $R=0.95$ ) के साथ मजबूती से और फाराडे/वर्नाडस्की ( $R=0.65$ ) के साथ मध्यम रूप से सहसंबंधित है, जो साझा क्षेत्रीय वायुमंडलीय चालकों को दर्शाता है।

महत्व और दावे
यह शोध पत्र पुनर्निर्मित 1977-2025 डेटासेट को अंटार्कटिक प्रायद्वीप में जलवायु गतिशीलता को समझने के लिए एक महत्वपूर्ण संसाधन के रूप में प्रस्तुत करता है। लेखक दावा करते हैं कि अध्ययन ने डेटा अंतराल की समस्या को सफलतापूर्वक हल किया है, जो एक सजातीय श्रृंखला प्रदान करता है जो परिवर्तनशीलता के मजबूत विश्लेषण की अनुमति देती है।

अध्ययन के महत्व के संबंध में प्रमुख दावे निम्नलिखित हैं:

पद्धतिगत योगदान: अध्ययन यह प्रदर्शित करता है कि जबकि ERA5 एक मूल्यवान उपकरण है, प्रत्यक्ष प्रतिस्थापन पूर्वाग्रह उत्पन्न करता है। स्थानीय स्थितियों के आधार पर मासिक प्रतिगमन समीकरणों का विकास ध्रुवीय स्टेशन डेटा को सटीक रूप से पुनर्निर्मित करने के लिए एक आवश्यक कदम है।
जलवायु संदर्भ: परिणाम अंटार्कटिक प्रायद्वीप की जटिल प्रकृति की पुष्टि करते हैं, जो रैखिक प्रवृत्ति के बजाय उच्च अंतर-वार्षिक परिवर्तनशीलता और विशिष्ट तापन/शीतलन चरणों द्वारा चिह्नित है। यह "अंटार्कटिक हाइयैटस" (एक अवधि जब तापन रुक गया था) की अवधारणा का समर्थन करता है (जो देर 1990 के दशक और 2015 के बीच था), जिसके बाद तापन का एक नया चरण शुरू हुआ।
स्थानीय बनाम वैश्विक चालक: निष्कर्षों से पता चलता है कि स्थानीय कारक (स्थलाकृति, समुद्री बर्फ का विस्तार, फोहिन हवाएँ) तापमान रिकॉर्ड में निर्णायक भूमिका निभाते हैं, जो अक्सर व्यापक पुनर्मूल्यांकन प्रवृत्तियों को दरकिनार कर देते हैं। गर्मियों में स्टेशन का विशिष्ट थर्मल लाभ इन स्थानीय तंत्रों के कारण है।
पर्यावरणीय आधार रेखा: पुनर्निर्मित डेटा एडमिरल्टी बे क्षेत्र में क्रायोस्फीयर (ग्लेशियर और पर्माफ्रॉस्ट) और व्यापक पारिस्थितिकी तंत्र पर जलवायु परिवर्तन के प्रभाव का आकलन करने के लिए एक आधार रेखा के रूप में कार्य करता है, जो गहन बहु-विषयक अनुसंधान का स्थल है।

लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि देखी गई परिवर्तनशीलता वायुमंडलीय परिसंचरण (दक्षिणी अरीय मोड, वायुमंडलीय नदियाँ) और समुद्री बर्फ के विस्तार में परिवर्तनों के अनुरूप है, जो इस संवेदनशील क्षेत्र में भविष्य के जलवायु शासन को समझने के लिए निरंतर निगरानी की आवश्यकता पर जोर देती है।

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