Detailed assessment of the global dimming and brightening of the Earth under all-sky and clear sky conditions using modern tools and long-term climate data

Abstract

In the present PhD study, the Global Dimming and Brightening (GDB), its causes and possible links with global warming rates were investigated for the 35-year period 1984-2018. To this aim, detailed radiative transfer calculations were performed by the FORTH-RTM (Foundation for Research and Technology-Hellas Radiative Transfer Model) on a monthly basis and 0.5° x 0.625° spatial resolution using modern and improved satellite (CLARISC: CLARA-A2.1 and ISCCP-H synergy for a new cloud database) and reanalysis (MERRA-2) datasets for clouds and aerosols as well as surface and atmospheric properties, respectively. This analysis was also performed on decadal time periods of the entire study period, since GDB is a decadal scale phenomenon. It has been also done worldwide, hemispherically, over ocean and land, and over specific land areas, enabling a complete understanding of the spatial and temporal features of GDB on a climatological basis all over the world.First, the FORTH RTM with CLΑRISC cloud data (or FMC) ran to provide the surface solar radiation (SSR) and the corresponding SSR trends (GDB) were computed. The model indicates a global mean brightening (increasing SSR) from 1984 to 2018, equal to 0.88 Wm⁻²decade⁻¹. This brightening is observed in 63% of the global grid points. Both land and ocean regions of the world underwent brightening; yet the land SSR increase is stronger than the oceans’ one (2.57 Wm⁻²decade⁻¹ vs 0.19 Wm⁻²decade⁻¹). Also, in line with this, a stronger brightening occurred over the North Hemisphere (NH), equal to 1.4 Wm⁻²decade⁻¹, versus a weak brightening of 0.39 Wm⁻²decade⁻¹ over the South Hemisphere (SH). All the above SSR changes are statistically significant at the 95% confidence level. Yet, the spatially averaged GDB conceals diversified, in terms of sign and magnitude, patterns. Thus, strong tendencies toward brightening are noteworthy over Europe, the Americas, the Tibetan Tableau, Indonesia, Antarctica, Australia and some oceanic regions, whereas the dimming dominates over parts of China and India, the Arabian Peninsula, the Sahara, the Arctic, the Southern Ocean and the marine stratocumulus areas. These results revise the findings of our previous FORTH-RTM version using ISCCP-H cloud data (FMI) which suggested a global dimming over the same period, and this revision is due to more realistic cloud information (CLARISC instead of ISCCP-H cloud dataset). In a next step, the reliability of the estimated FORTH-RTM SSR fluxes and GDB was investigated. The model results are reliable, as proven from their successful evaluation against data from global reference station networks. The model SSR fluxes and their anomalies correlate very well with GEBA and BSRN ground-based stations (correlation coefficient R equal to 0.97 using SSR fluxes or 0.75 using flux anomalies and 0.94 using SSR fluxes or 0.71 using flux anomalies, respectively), having small biases (less than 3%) and satisfactory RMSE (less than 15%). The model estimated GDB nicely agrees in terms of sign with the stations, namely for 80% of GEBA and 65% of BSRN stations, while the agreement is even better for statistically significant trends agreement (for 90% of GEBA and 88% of BSRN). A similar evaluation was also conducted separately for the 4 decades of the study period and the agreement was again very good (ranging from 62% to 73%). Also, similar evaluations against ground truth and inter-comparisons were also performed for several other SSR and GDB datasets during the periods 1984-2018 and 2001-2018. The results of this inter-comparison approved that FORTH-RTM is a top-performing dataset in qualitative agreement for GDB when compared to observational measurements, further reinforcing its reliability. Additionally, FORTH-RTM ranks among the best-performing datasets for SSR, enhancing confidence in its ability to study long-term GDB trends on a global scale.Subsequently, the causes of GDB were investigated based on the trends of the SSR and the input parameters to the FORTH-RTM which influence SSR. Over the four decades, surface solar radiation (SSR) exhibited distinct trends. In the 1980s, a weak dimming (-0.69 %decade⁻¹) occurred over NH and a weak brightening over SH (0.53 %decade⁻¹), followed by a significant brightening in the 1990s (+2.43 %decade⁻¹) due to large reductions in aerosol optical depth (AOD) and cloud optical thickness (COT). The 2000s saw a weaker global brightening (+0.74 %decade⁻¹) as increases in aerosols and low/high cloud amounts were partially offset by reductions in COT and mid-level cloud amount. Finally, the 2010s experienced another period of brightening (+0.83 %decade⁻¹), driven by reductions in both clouds and aerosols, particularly over land. In the following step of the investigation of the GDB causes, the contribution of the GDB drivers to the overall GDB were computed. Over the entire time period (e.g. 1984-2018), there have been large declines in high-level COT and mid-level CA across the planet in line with the general (global) increase in SSR. On the contrary, there were large increases in the COT of middle and low clouds as well as of low-level cloud amount over the SH and the oceans. The AOD decreased except over land areas of the SH. According to our analysis, the major drivers of the overall GDB (brightening) have been changes (decreases) in mid-level CA and high-level COT, while the contribution of the AOD changes (decreases) was remarkable over specific land areas with intense anthropogenic pollution, such as Europe, India and East China. The contribution of other aerosol optical properties, i.e. SSA, AP, as well as of water vapor and ozone was insignificant. During the 1980s (1984-1989), AOD generally decreased, whereas COT3 increased above in general and high-level CA increased also everywhere except over land of the SH. The existence of positive and negative trends of the GDB drivers resulted either in a weak dimming, as in the NH and over land, or in a weak brightening, as in the SH. AOD changes had the largest contribution to GDB during this decade either globally or over 11 out of 18 land selected areas of the globe, being followed by changes in high-level CA. Throughout the 1990s, large reductions in AOD, COT, and partially in CA, explain the general observed increase in SSR during this decade. More specifically, AOD changes are found to have been the strongest contributor to GDB during this decade in general, as well as over 11/18 land areas, followed by changes in high-level CA. Notably, water vapor, in spite of its generally weak role for GDB, showed some significant contribution over Australia and Mexico in this decade. Across the 2000s, AOD, and cloud amount of low- and high-level clouds increased, while COT and mid-level CA largely decreased. The coincidence of these trends led to an overall weak brightening. Especially, the changes of high-level COT, followed by those of AOD, had the strongest contribution to GDB in the 2000s either globally or over 7/18 land areas. Besides, SSA changes had significant contribution to GDB over East China in the 2000s. In the 2010s, there were large reductions in both clouds and aerosols, being stronger over land areas. On the contrary, there was an increase in COT of low clouds, and cloud amount of mid- and high-level clouds over the oceans. The general reduction in GDB drivers led to a general brightening, except over the oceans of SH where dimming prevailed. Changes in both AOD and clouds contributed strongly to GDB, with AOD being the most common contributor (over 8/18 land areas) followed by high-level CA. Moreover, in this decade water vapor significantly contributed over Mexico. The noticeable contribution of water vapor in the 1990s and 2010s against its insignificant role during the entire 35-year study period shows that one must be careful assessing the strength of the contribution of a physical parameter to climatic phenomena, like GDB, in terms of the chosen time period, since counterbalancing effects may exist during shorter periods.In final part of this PhD, the role of solar dimming and brightening in relation to the recent global warming was examined. According to our findings, the estimated GDB phases are in line with the decadal variations of Tmean as well as Tmax, Tmin, and DTR over certain land areas of the globe with significant anthropogenic pollution, such as Europe and East Asia, as well as over global land. The interdecadal phases of GDB seem to complementarily modify and differentiate the rates of warming primarily caused by the monotonically increasing concentration of greenhouse gases. More specifically, since the mid-1980s, when solar brightening took place, the global land mean temperature response, originally driven by the evolving anthropogenic greenhouse effect, was a rapid warming, which was decelerated or even stopped in the 2000s when solar dimming occurred over areas with intense anthropogenic pollution such as Europe, India and East Asia and partly masked the anthropogenic greenhouse global warming. Then, during the transition from dimming to a renewed brightening in the 2010s, the greenhouse warming was no longer masked and the warming rates increased again. This relationship between GDB, namely the rates of change of SSR, and the Earth’s surface temperature during the 35-year period 1984-2018 is in line with the conclusions drawn by other researchers for the decades from 1950-2000. Moreover, it is found that the inter-annual SSR variation also plays a role in the year-to-year changes of the Earth’s surface temperature, although of course these are also driven by other factors, e.g. anthropogenic greenhouse gases warming, volcanic eruptions or ENSO. The GDB was found to largely drive and to be more strongly related to Tmax and secondarily to the mean surface-air temperature and the daily temperature range. The derived conclusions are more valid over the global land than ocean areas and apply to a considerable degree on the global scale. Also, in many regions where strong brightening occurred, Tmax increased more than Tmin (which increased primarily due to greenhouse warming), leading to an increase of DTR, confirming that GDB plays an important role in the Tmax and DTR changes. However, the rates of brightening before and after the 2000s’ dimming are not associated with proportional surface warming rates, confirming the complexity of the links between SSR and surface temperature changes as well as the importance of the anthropogenic greenhouse effect as main factor of the ongoing global warming.

Η ηλιακή ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος αποτελεί την κύρια εξωτερική πηγή ενέργειας της Γης, καθώς και την πρωταρχική και κυρίαρχη πηγή ενέργειας για το κλιματικό της σύστημα. Για το λόγο αυτό, οι διακυμάνσεις στην εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία στην κορυφή της ατμόσφαιρας και στην επιφάνεια της Γης, μπορούν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στο κλίμα της Γης και στην ποιότητα ζωής στον πλανήτη μας. Πριν φτάσει στην επιφάνεια της Γης, η ηλιακή ακτινοβολία διασχίζει ολόκληρη την ατμόσφαιρα, αλληλεπιδρώντας με τα συστατικά της, όπως τα νέφη, τα αερολύματα και τα αέρια. Η ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στο έδαφος αποτελεί μόνο ένα μέρος της ακτινοβολίας που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα, καθώς πολλά ατμοσφαιρικά στοιχεία απορροφούν ή/και σκεδάζουν την ακτινοβολία σε συγκεκριμένες περιοχές μήκους κύματος. Κατά μέσον όρο, 340 Wm⁻² εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης σε παγκόσμια κλίμακα και μέση ετήσια βάση, ωστόσο μόνο περίπου 185 Wm⁻² φτάνουν στην επιφάνεια της Γης (Wild et al., 2013). Ωστόσο, οι τιμές αυτές, που αντιπροσωπεύουν παγκόσμιους και ετήσιους μέσους όρους, μεταβάλλονται σημαντικά ανάλογα με τη γεωγραφική θέση, την εποχή και το έτος και, φυσικά, το ημερήσιο κύκλο. Οι πολυδεκαετείς διακυμάνσεις της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια της Γης (SSR) έχουν σημαντικές επιπτώσεις σε πολλές σημαντικές περιβαλλοντικές διεργασίες, καθώς και σε πολυάριθμες πρακτικές εφαρμογές, όπως η παραγωγή ηλιακής ενέργειας, η γεωργική παραγωγή και η ανθρώπινη υγεία, δεδομένου ότι η διαθεσιμότητα του ηλιακού φωτός είναι απαραίτητη για κάθε οικοσύστημα και την ύπαρξη της ζωής εν γένει. Παρά ταύτα, τα αίτια αυτών των διακυμάνσεων εξακολουθούν να αποτελούν αντικείμενο συζήτησης και να στερούνται σαφών αποδείξεων. Στην πραγματικότητα, η SSR μεταβάλλεται σημαντικά κατά τη διάρκεια δεκαετιών, σύμφωνα τόσο με μια σειρά μελετών που εξετάζουν καταγραφές της SSR σε ευρέως διάσπαρτες τοποθεσίες παρατήρησης (π.χ. Wang et al., 2012; Wild 2009, 2016, και αναφορές σε αυτές) όσο και με μελέτες μοντελοποίησης με παγκόσμια κάλυψη με χρήση σύγχρονων δορυφορικών προϊόντων (π.χ. Pinker et al., 2005; Hatzianastassiou et al., 2012). Οι πρώτες ενδείξεις μείωσης της SSR από τη δεκαετία του 1950 καταγράφηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1980 και στις αρχές της δεκαετίας του 1990 σε πολυάριθμες τοποθεσίες (Ohmura and Lang, 1989; Stanhill and Moreshet, 1992). Το φαινόμενο αυτό απέκτησε στη συνέχεια ευρεία αναγνώριση και αναφέρθηκε ως "παγκόσμια σκίαση" ή global dimming (Stanhill and Cohen, 2001). Στις αρχές της δεκαετίας του 2000 συνειδητοποιήθηκε ότι η μείωση της SSR είχε σταματήσει και είχε, στην πραγματικότητα, αντιστραφεί σε πολλές από τις τοποθεσίες παρατήρησης από τη δεκαετία του 1980 - ένα φαινόμενο γνωστό ως "παγκόσμια λάμπρυνση" ή global brightening (Wild et al., 2005), δηλαδή η SSR άρχισε να αυξάνεται. Το φαινόμενο λοιπόν της αύξησης και μείωσης της SSR ονομάστηκε παγκόσμια σκίαση και λάμπρυνση ή global dimming and brightening (GDB). Στη συνέχεια, στην πρώτη δεκαετία του 21ου αιώνα παρατηρήθηκε μια εξομάλυνση της λάμπρυνσης ή ακόμη και μια ασθενής σκίαση, η οποία συνοδεύτηκε από μια λάμπρυνση κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 2010 (Wild, 2016, Hatzianastassiou et al., 2020; Stamatis et al., 2022, 2023). Σύμφωνα με διάφορες μελέτες (π.χ. Hatzianastassiou et al., 2005; Pfeifroth et al., 2018; Pinker et al., 2005, Posselt et al., 2014; Sanchez-Lorenzo et al., 2017), τα προϊόντα που προέρχονται από δορυφόρους έχουν επίσης δείξει τάσεις SSR από τα μέσα της δεκαετίας του '80. Οι μεταβολές της φωτεινότητας από τον Ήλιο δεν μπορούν να εξηγήσουν τις δεκαετείς μεταβολές της SSR, καθώς αυτές είναι τουλάχιστον μια τάξη μεγέθους μικρότερες (Willson and Mordvinov 2003) και φαίνεται ότι είναι ασυσχέτιστες (Aparicio et al., 2020). Συνεπώς, οι μεταβολές στη διαφάνεια της ατμόσφαιρας, οι οποίες εξαρτώνται από τα νέφη, τα αερολύματα και τα αέρια, πρέπει να είναι η αιτία των παρατηρούμενων μεταβολών της SSR (Kim and Ramanathan 2008; Kvalevag and Myhre 2007). Πράγματι, τα αερολύματα και τα νέφη αναφέρθηκαν ως οι κύριοι παράγοντες του φαινομένου, συμβάλλοντας στο GDB σε διαφορετικό βαθμό ανάλογα με την περιοχή και τη δεκαετία (Hatzianastassiou et al., 2020; Wild 2016). Παρόλο που οι διακυμάνσεις της νεφοκάλυψης επηρεάζουν αποτελεσματικά το GDB σε από έτος-σε-έτος βάση, δεν είναι πάντα σαφές πώς αυτές οι διακυμάνσεις σχετίζονται με τις πιο μακροπρόθεσμες (δεκαετείς) τάσεις μεταβολής της SSR που έχουν παρατηρηθεί (π.χ. Qian et al. 2006; Norris and Wild 2007). Έχουν επίσης αναφερθεί σκίαση και λάμπρυνση σε καθαρές ατμόσφαιρες, στις οποίες απουσιάζουν τα νέφη, σε διάφορα μέρη, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα ατμοσφαιρικά αερολύματα παίζουν σημαντικό ρόλο (π.χ. Wild et al. 2005, 2021; Alpert et al., 2005; Norris and Wild 2007; Sanchez-Lorenzo et al. 2009; Ohvril et al. 2009; Zerefos et al. 2009; Correa et al., 2024a,b,c; Ruckstuhl and Norris 2009; Allen et al. 2013; Turnock et al. 2015; Norris et al. 2016; Freychet et al. 2019; Cherian and Quaas 2020; Nabat et al. 2014). Τα αερολύματα, τα οποία δρουν ως πυρήνες συμπύκνωσης νεφών (CCN) ή πυρήνες πάγου (IN), μπορούν να αυξήσουν την ανακλαστικότητα και τη διάρκεια ζωής των νεφών (πρώτη και δεύτερη έμμεση επίδραση) και μέσω αυτών και την ηλιακή ακτινοβολία. Εκτός αυτού, τα αερολύματα μπορούν να εξασθενήσουν άμεσα την ηλιακή ακτινοβολία σκεδάζοντας και απορροφώντας την (άμεση επίδραση) (Ramanathan et al. 2001; Lohmann and Feichter 2005). Τις τελευταίες δεκαετίες, η ανθρωπογενής ατμοσφαιρική ρύπανση έχει μεταβάλει σημαντικά τις ποσότητες των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων (Stern 2006; Ruckstuhl et al. 2008; Streets et al. 2006, 2009; Wang et al. 2012). Σύμφωνα με τους Streets et al. (2009), οι εκπομπές αερολυμάτων και του οπτικού τους βάθους (Aerosol Optical Depth ή AOD) είναι συνεπείς με τις παρατηρούμενες τάσεις σκίασης/λάμπρυνσης σε ορισμένες περιοχές της Γης, υποδεικνύοντας ότι η ανθρωπογενής ατμοσφαιρική ρύπανση μπορεί να είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την εξήγηση των διακυμάνσεων της SSR. Ωστόσο, πολλές άλλες έρευνες (Liepert, 1997; Wild et al. 2005; Liley, 2009; Kumari and Goswami, 2010; Augustine and Dutton, 2013; Allen et al. 2013; Mateos et al., 2014; Wild 2016; Norris et al. 2016; Sanchez-Lorenzo et al. 2017; Pfeifroth et al., 2018; Correa et al., 2024a,b,c) έδειξαν επίσης ότι οι αλλαγές στα χαρακτηριστικά των νεφών αποτελούν σημαντικές αιτίες σκίασης ή/και λάμπρυνσης. Οι μεταβολές στη νεφοκάλυψη που προκαλούνται από την εσωτερική δεκαετή μεταβλητότητα της ατμόσφαιρας και του ωκεανού, μπορεί επίσης να έπαιξαν ρόλο στις μεταβολές της SSR (Romanou et al., 2007; Folini et al., 2017; Augustine, J. A., & Capotondi, A., 2022; Chtirkova et al., 2022, 2023, 2024). Το σύνολο της βιβλιογραφίας που συζητήθηκε παραπάνω καταδεικνύει μια συνεχιζόμενη επιστημονική συζήτηση σχετικά με τα αίτια του GDB. Παρά τις σημαντικές προόδους, εξακολουθεί να υπάρχει έλλειψη πλήρους βεβαιότητας, ιδίως όσον αφορά στη συμβολή των ατμοσφαιρικών συστατικών στο υπό μελέτη φαινόμενο. Έτσι, η παρούσα μελέτη είναι κρίσιμη για την αντιμετώπιση αυτών των κενών, παρέχοντας μια ολοκληρωμένη ανάλυση που καλύπτει τόσο τις επιφάνειες της ξηράς όσο και των ωκεανών, καλύπτοντας μια εκτεταμένη περίοδο μελέτης που ξεπερνά πολλές προηγούμενες μελέτες. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ατμοσφαιρικά δεδομένα τελευταίας τεχνολογίας, προσφέροντας υψηλότερο επίπεδο ακρίβειας και ανάλυσης από τα προηγούμενα διαθέσιμα σύνολα δεδομένων. Προσδιορίζοντας τα αίτια του GDB με μεγαλύτερη ακρίβεια, ιδίως μέσω της χρήσης μοντέλου διάδοσης ακτινοβολίας (RTM), βελτιώνεται όχι μόνο η κατανόηση των παρελθουσών και σημερινών μεταβολών της SSR, αλλά και ενισχύεται η δυνατότητα πρόβλεψης μελλοντικών φάσεων του GDB γνωρίζοντας τις αναμενόμενες αλλαγές σε συγκεκριμένες ατμοσφαιρικές παραμέτρους. Πέραν του φαινομένου και των αιτιών του, υπάρχουν ενδείξεις για κάποιες επιπτώσεις του στο κλίμα, όπως ενδείξεις ότι ο υδρολογικός κύκλος έχει αποδυναμωθεί λόγω της σκίασης (Liepert and Romanou, 2005). Η ζωή των φυτών μπορεί επίσης να επηρεαστεί σημαντικά από τη σκίαση και τη λάμπρυνση, ιδίως σε περιοχές μεγάλων γεωγραφικών πλατών όπου η φωτοσύνθεση και, κατά συνέπεια, ο ρυθμός ανάπτυξης περιορίζονται τόσο από τη θερμοκρασία του αέρα όσο και από τη διαθεσιμότητα του φωτός. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν ενδείξεις ότι το GDB μπορεί να επηρεάσει τους ρυθμούς υπερθέρμανσης του πλανήτη. Πιο συγκεκριμένα, έχει προταθεί (Wild et al. 2007) ότι η ηλιακή σκίαση από τα μέσα του 20ου αιώνα μέχρι τη δεκαετία του 1980 έκρυψε την εξελισσόμενη θέρμανση λόγω του ανθρωπογενούς φαινομένου του θερμοκηπίου, η οποία έγινε πλήρως εμφανής σε παγκόσμια κλίμακα μόνο κατά τη διάρκεια της λάμπρυνσης που ακολούθησε τη δεκαετία του 1980 κι έπειτα. Από την άλλη πλευρά, τα τελευταία χρόνια, η ύπαρξη του μειωμένου ρυθμού υπερθέρμανσης του πλανήτη κατά τη δεκαετία του 2000, η οποία συνέπεσε χρονικά με την εξασθένιση της λάμπρυνσης, έχει συγκεντρώσει την επιστημονική προσοχή (England et al. 2015; Trenberth and Fasullo, 2013). Η συζήτηση και οι διαφωνίες για αυτή την επιβράδυνση υπογραμμίζει την πολυπλοκότητα του κλιματικού συστήματος Γης-ατμόσφαιρας και την ανάγκη λεπτομερούς ανάλυσης για τη διάκριση των βραχυπρόθεσμων διακυμάνσεων από τη συνολική τάση θέρμανσης που οφείλεται στο ανθρωπογενές φαινόμενο του θερμοκηπίου. Συνεπώς, η μελέτη του GDB είναι ζωτικής σημασίας, διότι επηρεάζει την αλλαγή του κλίματος διαμορφώνοντας το ενεργειακό ισοζύγιο της Γης. Η κατανόηση των αιτιών του GDB είναι επίσης σημαντική, καθώς ο προσδιορισμός του κατά πόσον το GDB οφείλεται σε ανθρώπινες δραστηριότητες (π.χ. ρυθμός εκπομπής αερολυμάτων) ή σε φυσικούς παράγοντες (π.χ. ηφαιστειακές εκρήξεις, El Niño–Southern Oscillation (ENSO), μεταβλητότητα των νεφών) βοηθά στον προσδιορισμό της έκτασης της ανθρώπινης επίδρασης στο κλίμα και την κλιματική αλλαγή. Επίσης, οι γνώσεις σχετικά με το GDB και τα αίτιά του είναι απαραίτητες για την ακριβή μοντελοποίηση του κλίματος, τη μείωση των αβεβαιοτήτων της τρέχουσας επιστημονικής γνώσης, την πρόβλεψη των επιπτώσεων, τη βελτιστοποίηση των συστημάτων ηλιακής ενέργειας και τη διαχείριση των οικοσυστημάτων. Βοηθά, επίσης, τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής στην ανάπτυξη αποτελεσματικών μέτρων προσαρμογής και μετριασμού του κλίματος για την αντιμετώπιση των παγκόσμιων περιβαλλοντικών προκλήσεων. Άρα, το βασικό ερώτημα της παρούσας διατριβής είναι: Πόσο, πού και πότε οι τάσεις μεταβολής των ατμοσφαιρικών παραμέτρων και ειδικά των νεφών και των αερολυμάτων επηρέασαν τις τάσεις της SSR κατά την περίοδο μελέτης 1984-2018. Στόχος είναι η βελτίωση της κατανόησης των παραμέτρων και του βαθμού στον οποίο αυτές συμβάλλουν στη σκίαση και λάμπρυνση της Γης, και η διερεύνηση των συσχετίσεων μεταξύ του GDB και των ρυθμών θέρμανσης του πλανήτη, δηλαδή ανοιχτών επιστημονικών ζητημάτων για τα οποία χρειάζεται περεταίρω διερεύνηση και μείωση της αβεβαιότητας.Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκε ένα λεπτομερές φασματικό μοντέλο διάδοσης ακτινοβολίας (FORTH-RTM: Foundation for Research and Technology – Hellas Radiative Transfer Model), το οποίο περιγράφεται και αξιολογείται διεξοδικά από τους Hatzianastassiou et al. (2020), Stamatis et al. (2023) και άλλους (μέσα στις αναφορές αυτών των εργασιών) και διακρίνει την ατμόσφαιρα σε ανέφελα και νεφοσκεπή (χαμηλού, μεσαίου και υψηλού επιπέδου/υψομέτρου νέφη) κλάσματα. Επιλύει ένα σύνολο μονοχρωματικών εξισώσεων διάδοσης ακτινοβολίας χρησιμοποιώντας την τροποποιημένη μέθοδο Delta Eddington και λαμβάνει υπόψη τη σκέδαση και απορρόφηση νεφών και αερολυμάτων, τη σκέδαση Rayleigh, τη μοριακή απορρόφηση στο υπεριώδες, στο ορατό και στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας και την ανακλαστικότητα της επιφάνειας. Το μοντέλο τρέχει σε μηνιαία βάση με ανάλυση γεωγραφικού πλάτους × μήκους 0.5° × 0.625° και υπολογίζει την SSR (σε Wm⁻²) στις αντίστοιχες χρονικές και χωρικές αναλύσεις. Τα εν χρήσει λεπτομερή δεδομένα εισόδου νεφών μόνο κατά τη διάρκεια του φωτισμένου τμήματος της ημέρας είναι η νεφοκάλυψη (Cloud Amount ή CA) για χαμηλού (CA1), μεσαίου (CA2) και υψηλού επιπέδου νέφη (CA3), το οπτικό βάθος νεφών (Cloud Optical Thickness ή COT) για χαμηλού (COT1), μεσαίου (COT2) και υψηλού (COT3) επιπέδου νέφη και η πίεση στην κορυφή του νέφους για νέφη υγρής και στερεής φάσης). Τα δεδομένα αυτά προήλθαν από τη βάση δεδομένων CLARISC η οποία δημιουργήθηκε στα πλαίσια αυτού του διδακτορικού και είναι ουσιαστικά η συνέργεια δύο δορυφορικών προϊόντων, του CLARA-A2 (CM-SAF Cloud, Albedo And Surface Radiation από το σύνολο δεδομένων AVHRR data–second edition) και του ISCCP-H (International Satellite Cloud Climatology Project-H series) . Αυτό έγινε για να απαλειφθούν οι διεθνώς καταγεγραμμένες ασυνέπειες στις τάσεις μεταβολής των νεφών από το ISCCP-H, οι οποίες οφείλονται στις ασυνέπειες στις γεωμετρίες παρατήρησης των δορυφόρων τους. Το οπτικό βάθος αερολυμάτων (AOD), η ανακλαστικότητα μεμονωμένης σκέδασης (Single Scattering Albedo ή SSA), ο παράγοντας ασυμμετρίας (Asymmetry parameter ή AP), η συγκέντρωση του όζοντος, η επιφανειακή albedo και η ειδική υγρασία υπολογίστηκαν από δεδομένα που ελήφθησαν από το Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2) Reanalysis, όπως περιγράφεται από τους Gelaro et al. (2017) και Korras-Corraca et al. (2021).Αρχικά, τα προετοιμασμένα δεδομένα εισόδου CLARISC και MERRA-2 εισήχθησαν στο FORTH-RTM, το οποίο έτρεξε και υπολόγισε τις ροές SSR. Αυτή η έκδοση του μοντέλου καλείται FMC (FORTH-MERRA-CLARISC) και είναι η έκδοση που χρησιμοποιήθηκε τελικά στην παρούσα διατριβή. Οι υπολογισμένες μηνιαίες ροές SSR επικυρώθηκαν έναντι μετρήσεων από τα επίγεια παγκόσμια δίκτυα σταθμών αναφοράς GEBA και BSRN. Σε αυτήν τη διαδικασία εφαρμόστηκαν συγκεκριμένα κριτήρια διαθεσιμότητας δεδομένων για την παροχή του βέλτιστου επιπέδου αξιοπιστίας για τα ευρήματα και τα συμπεράσματα που παράγονται. Βάσει αυτών, οι ροές SSR κάθε έτους έπρεπε να περιλαμβάνουν τουλάχιστον 10 μήνες με δεδομένα, προκειμένου να εξασφαλισθεί επαρκής εποχική εκπροσώπηση, η οποία θα υποβάθμιζε την ποιότητα της σύγκρισης. Επιπλέον, η υψομετρική διαφορά μεταξύ του σταθμού και του αντίστοιχου κελιού του MERRA-2 μέσα στο οποίο βρίσκεται ο σταθμός απαιτήθηκε να είναι μικρότερη από 500 μέτρα. Από τους αρχικούς 1545 σταθμούς GEBA και 73 BSRN, αντίστοιχα, 1091 σταθμοί GEBA και 64 BSRN έγιναν διαθέσιμοι ως αποτέλεσμα της χρήσης αυτών των κριτηρίων. Στη συνέχεια, οι μηνιαίες ροές SSR από το RTM και τους σταθμούς χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό των στατιστικών δεικτών αξιολόγησης, του συντελεστή συσχέτισης Pearson's R, της απόλυτης και σχετικής απόκλισης (BIAS) και της απόλυτης και σχετικής ρίζας μέσου τετραγώνου του σφάλματος (RMSE). Κάθε κυψελίδα του μοντέλου η οποία περιελάβανε σταθμό αξιολογήθηκε με αυτόν τον τρόπο. Επίσης, η ίδια αξιολόγηση, δηλαδή η ανάλυση συσχέτισης, επαναλήφθηκε με εκτίμηση και χρήση μέσων μηνιαίων απεποχοποιημένων ανωμαλιών SSR, με σκοπό την αφαίρεση του ισχυρού ετήσιου κύκλου της ηλιακής ακτινοβολίας. Επιπλέον, υπολογίστηκε η μη παραμετρική και πιο αξιόπιστη κλίση του Theil-Sen (Theil 1992, Sen 1968) η οποία εφαρμόστηκε στις χρονοσειρές ανωμαλιών της SSR και τελικά οι τάσεις μεταβολής της SSR του FORTH-RTM, δηλαδή το GDB, υπολογίστηκαν και συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες υπολογιζόμενες από τις επίγειες μετρήσεις των Σταθμών GEBA και BSRN. Σε αυτό το βήμα της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν μόνο χρονοσειρές με κάλυψη δεδομένων μεγαλύτερη από το 70% της προσαρμοσμένης στο RTM προσωρινής διαθεσιμότητας ολόκληρης της χρονικής περιόδου κάθε δικτύου (1984-2018 για το GEBA και 1992-2018 για το BSRN), ενώ η στατιστική σημαντικότητα των τάσεων μεταβολής εκτιμήθηκε με το τεστ Mann-Kendall (Mann 1945; Kendall 1975). Εκτός από τη διαδικασία αξιολόγησης, διερευνήθηκαν οι τάσεις μεταβολής των παραμέτρων εισόδου του μοντέλου για όλη τη χρονική περίοδο μελέτης 1984-2018 όπως και για τις 4 τελευταίες δεκαετίες παγκοσμίως, σε ημισφαιρική κλίμακα καθώς επίσης και πάνω από 18 συγκεκριμένες επιλεγμένες περιοχές ξηράς του πλανήτη. Αυτές οι περιοχές επιλέχθηκαν για να αντιπροσωπεύουν όλες τις ηπείρους. Η διερεύνηση των μεταβολών των παραμέτρων εισόδου του FORTH-RTM έγινε για τον ποιοτικό προσδιορισμό των αιτίων του GDB, καθώς η αυξητική/φθίνουσα τάση μεταβολής αυτών των δεδομένων εισόδου (που καθορίζουν τη διαφάνεια της ατμόσφαιρας) οδηγεί σε μείωση/αύξηση της SSR, προκαλώντας έτσι σκίαση/λάμπρυνση. Ωστόσο, προκειμένου να εντοπιστούν και να προσδιοριστούν με μεγαλύτερη ακρίβεια τα αίτια του GDB, συγκεκριμένα η συνεισφορά των τάσεων μεταβολής στα νέφη, στα αερολύματα, στους υδρατμούς και στο όζον, στο εκτιμώμενο GDB κατά τη διάρκεια της 35ετίας 1984 - 2018, εφαρμόστηκε μια άλλη μέθοδος. Σύμφωνα με αυτή, η συνεισφορά στο GDB (σε Wm⁻²) κάθε φυσικής ατμοσφαιρικής παραμέτρου εισόδου P υπολογίζεται μέσω δύο τρεξιμάτων του RTM. Στο πρώτο τρέξιμο, η παράμετρος P διατηρήθηκε σταθερή στις αρχικές συνθήκες της, δηλαδή εκείνες του πρώτου έτους της περιόδου μελέτης, δηλαδή το 1984, ενώ όλες οι υπόλοιπες παράμετροι μεταβλήθηκαν κανονικά. Στο δεύτερο τρέξιμο όλες οι παράμετροι εισόδου ήταν ενεργοποιημένες και μεταβαλλόταν κανονικά (κύρια εκτέλεση RTM). Στη συνέχεια, οι αλλαγές της SSR (GDB) εκτιμήθηκαν με βάση τις δύο εκτελέσεις RTM. Από τη διαφορά μεταξύ του GDB της κύριας εκτέλεσης RTM, με όλες τις παραμέτρους ενεργοποιημένες, και του GDB από εκτελέσεις με σταθερές παραμέτρους P, υπολογίστηκε η συμβολή της παραμέτρου P στο συνολικό GDB. Όταν η συνεισφορά μιας παραμέτρου ήταν θετική, σημαίνει ότι οι τάσεις μεταβολής της παραμέτρου P οδήγησαν σε αύξηση της SSR και είτε συνέβαλαν ή προκάλεσαν εν μέρει την εκτιμώμενη λάμπρυνση, είτε εξουδετέρωσαν την εκτιμώμενη σκίαση. Από την άλλη πλευρά, εάν η συνεισφορά μιας παραμέτρου ήταν αρνητική, αυτό σημαίνει ότι οι τάσεις μεταβολής της παραμέτρου P οδήγησαν σε μείωση της SSR και είτε συνέβαλαν ή προκάλεσαν εν μέρει την εκτιμώμενη σκίαση, είτε εξουδετέρωσαν την εκτιμώμενη λάμπρυνση. Για τη διερεύνηση των αιτίων των διακυμάνσεων των μηνιαίων ανωμαλιών SSR από το 1984 έως το 2018, χρησιμοποιήθηκαν τρεις συμπληρωματικές αναλυτικές μέθοδοι: η συσχέτιση Pearson, η παλινδρόμηση Ridge και η Random Forest παλινδρόμηση. Κάθε μέθοδος επιλέχθηκε για τη μοναδική ικανότητά της να αντιμετωπίζει διαφορετικές πτυχές των δεδομένων και να προσφέρει πληροφορίες για τις πολύπλοκες σχέσεις μεταξύ των διακυμάνσεων της SSR και των παραμέτρων που την μεταβάλουν (οδηγοί). Η συσχέτιση Pearson χρησιμοποιήθηκε για τον εντοπισμό αρχικών, απλών γραμμικών συσχετίσεων μεταξύ της SSR και των οδηγών της, όπως τα νέφη, τα αερολύματα, οι υδρατμοί και το όζον. Η παλινδρόμηση Ridge χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για να βελτιωθεί το επίπεδο κατανόησης αντιμετωπίζοντας τους περιορισμούς των γραμμικών μοντέλων όταν κάποιες ανεξάρτητες μεταβλητές συσχετίζονται έντονα μεταξύ τους (πολυσυγγραμμικότητα). Τέλος, η μέθοδος μηχανικής εκμάθησης, Random Forest παλινδρόμηση, χρησιμοποιήθηκε για να καταγράψει τις μη γραμμικές, πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ της SSR και των οδηγών της που δε μπορούν να αντιμετωπιστούν επαρκώς με τη συσχέτιση Pearson ή την παλινδρόμηση Ridge. Με το συνδυασμό αυτών των τριών μεθόδων, επιτεύχθηκε μια όσο το δυνατό πιο ολοκληρωμένη κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν τις από μήνα-σε-μήνα μεταβολές της SSR. Επιπρόσθετα, έγινε η προσπάθεια ανίχνευσης πιθανής σχέσης του GDB και των ρυθμών θέρμανσης της Γης. Για το σκοπό αυτό, υπολογίστηκαν αρχικά οι συντελεστές συσχέτισης Pearson (R), μαζί με τη στατιστική τους σημαντικότητα σε επίπεδο εμπιστοσύνης 95%, ποσοτικοποιώντας τη συσχέτιση μεταξύ των μηνιαίων χρονοσειρών των απεποχικοποιημένων ανωμαλιών SSR και θερμοκρασίας στα 2 μέτρα από την επιφάνεια της Γης (μέση-Tmean, μέγιστη ημερήσια - Tmax, ελάχιστη ημερήσια - Tmin, ενδοημερήσιο θερμοκρασιακό εύρος - DTR). Αυτοί οι συντελεστές υπολογίστηκαν για κάθε κελί πλέγματος για ολόκληρη τη χρονική περίοδο 1984-2018. Στη συνέχεια, παρήχθησαν οι χρονοσειρές των μέσων ετήσιων ανωμαλιών της SSR και των θερμοκρασιών, που υπολογίστηκαν σε σχέση με ολόκληρη την περίοδο μελέτης. Στη συνέχεια, το χαμηλοπερατό φίλτρο Savitzky–Golay (SG, Schafer, 2011), εφαρμόστηκε στις ετήσιες μέσες χρονοσειρές με μέγεθος παραθύρου 10 ετών, προκειμένου να αποκαλυφθούν πιθανές μακροπρόθεσμες σχέσεις μεταξύ της SSR και των επιφανειακών θερμοκρασιών σε παγκόσμια, ημισφαιρική, χερσαία και ωκεάνια κλίμακα καθώς και κατά τη θερμή (Απρίλιος-Σεπτέμβριος) και ψυχρή (Οκτώβριος-Μάρτιος) περίοδο του έτους. Επίσης, εφαρμόστηκε η μη παραμετρική και αξιόπιστη κλίση Theil-Sen και το τεστ Mann-Kendall για τον προσδιορισμό των ετήσιων μεταβολών της SSR και των θερμοκρασιών και της στατιστικής σημαντικότητας τους στο επίπεδο εμπιστοσύνης 95%. Επιπλέον, για τις προαναφερθείσες επιλεγμένες 18 περιοχές ξηράς του πλανήτη, που καλύπτουν σχεδόν όλες τις ηπείρους, υπολογίστηκαν και συγκρίθηκαν μεταξύ τους οι δεκαετιακές μεταβολές της SSR και των θερμοκρασιών για 3 διαφορετικές χρονικές περιόδους (1984-1999, 2000-2009, 2010-2018). Προχωρώντας στην συζήτηση των αποτελεσμάτων της παρούσας διατριβής, στο πρώτο μέρος, το FORTH-RTM υπολόγισε την SSR και υπολογίστηκε το αντίστοιχο GDB. Οι μέσες μηνιαίες τιμές της SSR, παγκοσμίως για την περίοδο 1984-2018, κυμαίνονται μεταξύ 0 και 301 Wm⁻² και η μέση ετήσια πλανητική τιμή είναι 183.99 Wm⁻². Σε τοπικό επίπεδο, οι υψηλότερες τιμές παρατηρούνται στις ανέφελες περιοχές του Ατλαντικού και Ειρηνικού Ωκεανού (περιοχές μόνιμων αντικυκλώνων), στον Κόλπο του Μεξικού, στην Κεντρική Αμερική, τη Νότια Αφρική, τον Ινδικό Ωκεανό και βόρεια της Αυστραλίας. Αντίθετα, οι χαμηλότερες τιμές εμφανίζονται στην Κίνα, τη Μογγολία, το βορειοανατολικό και βορειοδυτικό Ειρηνικό Ωκεανό, καθώς και στις περιφερειακές περιοχές των ζωνών καταιγίδων του βόρειου και του νότιου ημισφαιρίου. Επίσης, χαμηλές τιμές εμφανίζονται στις νεφοσκεπής θαλάσσιες περιοχές στα ανοιχτά των δυτικών ακτών των ηπείρων, στη Βόρεια και Νότια Αμερική και στη νότια Αφρική. Οι μέσες πλανητικές ανωμαλίες της SSR του FORTH-RTM κυμαίνονται εμφανίζοντας μεγάλη μεταβλητότητα από −14 έως 4 Wm⁻² πριν από το 2000, ενώ μετά το 2000 οι ανωμαλίες SSR έχουν πολύ μικρές διακυμάνσεις σε ένα εύρος 5 Wm⁻². Το εφαρμοζόμενο χαμηλοπερατό φίλτρο Savitzky-Golay με παράθυρο 120 μηνών (10 έτη) στη χρονοσειρά των 35 ετών υποδεικνύει ότι μεταξύ 1984 και 1989 εμφανίστηκε μια σχετικά σταθερή εξέλιξη της SSR με μια τάση για αδύναμη σκίαση, ενώ λάμπρυνση παρατηρήθηκε τη δεκαετία του 1990 και μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 2000. Ακολούθως, έλαβε χώρα μία μείωση της λάμπρυνσης με σταθεροποίηση των διακυμάνσεων ή και μία πολύ ασθενής σκίαση την πρώτη δεκαετία του 21ου αιώνα, ακολουθούμενη από λάμπρυνση την τελευταία δεκαετία, δηλαδή τη δεκαετία του 2010, εκτός από τους ωκεανούς που παρουσιάζουν ασθενή σκίαση τη δεκαετία του 2010. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια συνολική θετική τάση μεταβολής της SSR (λάμπρυνση) κατά τη διάρκεια ολόκληρης της περιόδου μελέτης 1984–2018, τόσο παγκοσμίως (0.69 Wm⁻²decade⁻¹) όσο και στα δύο ημισφαίρια (1.31 και 0.10 Wm⁻²δεκαετία-1 για NH και SH, αντίστοιχα). Οι ηπειρωτικές εκτάσεις του πλανήτη παρουσίασαν μια ισχυρή και στατιστικά σημαντική λάμπρυνση ίση με 2.73 Wm⁻²decade⁻¹, που συνέβη τόσο στο Βόρειο Ημισφαίριο (North Hemisphere ή NH) όσο και στο Νότιο Ημισφαίριο (South Hemisphere ή SH), ενώ οι ωκεανοί εμφάνισαν μια ασθενή σκίαση ίση με -0.10 Wm⁻²decade⁻¹ που σημειώθηκε ως επί το πλείστον στους ωκεανούς του νοτίου ημισφαιρίου (-0.58 Wm⁻²decade⁻¹). Οι ισχυρές μειώσεις της SSR που προκλήθηκαν από τη μεγάλη ηφαιστειακή έκρηξη του Pinatubo (1991), καθώς και από τις ισχυρές φάσεις El-Nino (1997, 2002, 2009 ή 2016), αναπαρήχθησαν από το FORTH-RTM. Αντίθετα, τα χρόνια που επηρεάστηκαν από την ανάκαμψη από την έκρηξη του Pinatubo, καθώς και από τις φάσεις La-Nina (1989, 1999 ή 2006), χαρακτηρίστηκαν από θετικές ανωμαλίες της SSR. Σε τοπικό επίπεδο, κυψελίδων, το μοντέλο υποδεικνύει μια μακροχρόνια μέση παγκόσμια λάμπρυνση (αύξηση της SSR) από το 1984 έως το 2018, ίση με 0.88 Wm⁻²decade⁻¹. Αυτή η λάμπρυνση έλαβε χώρα στο 63% του συνόλου των πλεγματικών σημείων του πλανήτη. Τόσο οι χερσαίες όσο και οι ωκεάνιες περιοχές του πλανήτη υπέστησαν λάμπρυνση, ωστόσο η αύξηση της SSR πάνω από την ξηρά ήταν ισχυρότερη από εκείνη των ωκεανών (2.57 Wm⁻²decade⁻¹ έναντι 0.19 Wm⁻²decade⁻¹). Επίσης, σε αντιστοιχία, σημειώθηκε ισχυρότερη αύξηση της SSR πάνω από το βόρειο ημισφαίριο (NH), ίση με 1.4 Wm⁻²decade⁻¹, έναντι της ασθενούς αύξησης της SSR κατά 0.39 Wm⁻²decade⁻¹ πάνω από το νότιο ημισφαίριο (SH). Όμως, αυτές οι ευρείες γεωγραφικά μεσοποιημένες τιμές του GDB κρύβουν διαφοροποιημένα, όσον αφορά το πρόσημο και το μέγεθος, μοτίβα. Έτσι, είναι αξιοσημείωτη οι έντονη λάμπρυνση πάνω από την Ευρώπη, την Αμερική, το υψίπεδο του Θιβέτ, την Ινδονησία, την Ανταρκτική, την Αυστραλία και ορισμένες ωκεάνιες περιοχές, ενώ η σκίαση κυριαρχεί πάνω από τμήματα της Κίνας και της Ινδίας, την Αραβική Χερσόνησο, τη Σαχάρα, την Αρκτική, τον Νότιο Ωκεανό και τις θαλάσσιες περιοχές με μόνιμα χαμηλά νέφη. Τα αποτελέσματα αυτά είναι διαφορετικά από τα ευρήματα της προηγούμενης μελέτης (Stamatis et al., 2023) με ίδιο RTM και για την ίδια χρονική περίοδο μελέτης 1984-2018, αλλά με μόνη διαφορά τη χρήση δεδομένων εισόδου στο μοντέλο για νέφη εξ’ ολοκλήρου από το ISCCP-H. Αυτή η έκδοση του μοντέλου (αποκαλούμενη FMI) η οποία δεν χρησιμοποιήθηκε περαιτέρω για τη διερεύνηση των αιτίων του GDB στα πλαίσια αυτού του διδακτορικού, υπέδειξε μια παγκόσμια σκίαση κατά την ίδια περίοδο μελέτης (1984 – 2018), και η διαφοροποίηση των αποτελεσμάτων τώρα οφείλεται σε πιο ρεαλιστικές πληροφορίες εισόδου στο μοντέλο για τα νέφη (CLARISC αντί ISCCP-H). Στο δεύτερο μέρος της μελέτης, εξετάστηκε η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων του FORTH-RTM για τις ροές SSR και τo GDB. Τα αποτελέσματα του FORTH RTM είναι αξιόπιστα, όπως αποδεικνύεται από την αξιολόγησή τους με δεδομένα από παγκόσμια δίκτυα σταθμών αναφοράς. Οι ροές SSR του μοντέλου και οι ανωμαλίες τους συσχετίζονται πολύ καλά με τους επίγειους σταθμούς GEBA και BSRN (R ίσο με 0.97 χρησιμοποιώντας τις ροές SSR ή 0.75 χρησιμοποιώντας τις ανωμαλίες για το GEBA και 0.94 χρησιμοποιώντας τις ροές SSR ή 0.71 χρησιμοποιώντας τις ανωμαλίες για το BSRN). Σε επίπεδο σταθμών, οι υπολογισμένες τιμές R κυμαίνονται από -0.21 έως 0.98, αλλά η πλειονότητά τους (70%) είναι υψηλότερες από 0.7, με τις χαμηλότερες τιμές να εμφανίζονται σε μικρά γεωγραφικά πλάτη, πιθανώς λόγω αβεβαιοτήτων στα δεδομένα εισόδου των νεφών και των αερολυμάτων. Σε γενικές γραμμές, υπάρχει μια σχετικά μικρή υπερεκτίμηση του FORTH-RTM SSR σε σύγκριση με το GEBA και μια μικρή υποεκτίμηση σε σύγκριση με τις μετρήσεις του BSRN. Η μέση απόκλιση είναι ίση με 4.46 Wm⁻² και -2.49 Wm⁻², ή 2.7% και -1.3%, αντίστοιχα. Το FORTH-RTM υπερεκτιμά ισχυρότερα την SSR στα χαμηλά γεωγραφικά πλάτη, πιθανώς λόγω της υποεκτίμησης της νεφοκάλυψης και των δεδομένων οπτικού βάθους αερολυμάτων σε αυτές τις περιοχές. Η γενική υπερεκτίμηση υποδηλώνει ότι η ατμόσφαιρα του FORTH-RTM είναι πιο διαφανής από ό,τι θα έπρεπε. Η μέση τιμή RMSE είναι ίση με 20.93 Wm⁻² (που αντιστοιχεί σε 12.8%) για τη σύγκριση του FORTH-RTM με τους GEBA σταθμούς, ενώ η αντίστοιχη τιμή για τους σταθμούς BSRN είναι ίση με 29.02 Wm⁻² ή 15.4%, υποδεικνύοντας μια μάλλον μικρή απόκλιση της μοντελοποιημένης από τη μετρούμενη SSR. Οι μεγαλύτερες τιμές RMSE παρατηρούνται στις περιοχές μικρού και μεγάλου γεωγραφικού πλάτους. Η σύγκριση της χρονοσειράς των κινητών μέσων όρων 12 μηνών μεταξύ των ανωμαλιών SSR του FORTH-RTM και των αντίστοιχων θέσεων GEBA/BSRN δείχνει ότι οι ανωμαλίες SSR του μοντέλου είναι μεγαλύτερες από τις ανωμαλίες SSR του σταθμού, αρνητικές στην αρχή της περιόδου μελέτης και θετικές μετά το 2010, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει το υπολογιζόμενο GDB. Πράγματι, οι τάσεις μεταβολής του FORTH-RTM SSR παρουσιάζουν ισχυρότερη λάμπρυνση από τις τάσεις των σταθμών. Το εκτιμώμενο από το μοντέλο GDB συμφωνεί ικανοποιητικά ως προς το πρόσημο με εκείνο των σταθμών, συγκεκριμένα για το 80% των σταθμών GEBA και το 65% των σταθμών BSRN, ενώ η συμφωνία είναι ακόμη καλύτερη για τις στατιστικά σημαντικές τάσεις (συμφωνία για το 90% των σταθμών GEBA και το 88% των σταθμών BSRN). Παρόμοια αξιολόγηση διεξήχθη επίσης ξεχωριστά για τις 4 δεκαετίες της περιόδου μελέτης και η συμφωνία ήταν και πάλι πολύ καλή συμφωνία σε ποσοστά (από 62% έως 73%). Για την Ευρώπη, την Ινδία και την Ιαπωνία, υπάρχει ισχυρή συμφωνία μεταξύ του FORTH-RTM και των σταθμών όσον αφορά στα πρόσημα GDB, γεγονός που δημιουργεί εμπιστοσύνη στην ποιοτική εκτίμηση του GDB σε αυτές τις περιοχές του πλανήτη. Από την άλλη πλευρά, το FORTH-RTM παρουσιάζει πιο περιορισμένη συμφωνία με τους σταθμούς όσον αφορά στο μέγεθος των αλλαγών της SSR (του GDB). Πιο συγκεκριμένα, υπερεκτιμά την λάμπρυνση στις περισσότερες περιοχές. Αυτό θα μπορούσε να οφείλεται σε ανεπαρκή δεδομένα εισόδου του μοντέλου, αλλά και σε προβλήματα με τις μετρήσεις των σταθμών. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε η αξιολόγηση των τάσεων μεταβολής των ροών της ηλιακής ακτινοβολίας τόσο στην επιφάνεια της Γης όσο και στην κορυφή της ατμόσφαιρας (ΤΟΑ) σε πλανητική κλίμακα χρησιμοποιώντας δεδομένα από την πλέον αξιόπιστη βάση δεδομένων CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy System) για την περίοδο 2001–2018. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το CERES μετρά απευθείας την εξερχόμενη στην κορυφή της ατμόσφαιρας ηλιακή ακτινοβολία (OSR), ενώ οι ροές SSR προκύπτουν χρησιμοποιώντας έναν εξειδικευμένο αλγόριθμο ανάκτησης, συνιστώντας μια εξαιρετικά αξιόπιστη βάση δεδομένων τόσο για την OSR όσο και για την SSR (Kato et al., 2018). Μια σύγκριση των τάσεων SSR μεταξύ του FORTH-RTM και του CERES δείχνει συμφωνία στο 75% των κυψελίδων παγκοσμίως. Και τα δύο σύνολα δεδομένων δείχνουν λάμπρυνση στην Ευρώπη, τη Νότια Αφρική, τη Βραζιλία, πολλές περιοχές του τροπικού Ειρηνικού Ωκεανού και τον Ειρηνικό Ωκεανό στα δυτικά των ΗΠΑ. Συμφωνούν επίσης ως προς τις φθίνουσες τάσεις της SSR στην Ινδία, τη Μέση Ανατολή, τη Σαχάρα, την Κεντρική Αφρική, την Αρκτική και σε τμήματα των τροπικών ωκεανών. Ωστόσο, διαφωνίες παρατηρούνται στην Αυστραλία, σε μέρη της Ασίας και στη Νότια Αμερική. Η μέση πλανητική σκίαση για το FORTH-RTM είναι -0.061 Wm⁻²decade⁻¹, διαφέροντας σε πρόσημο από τη μέση πλανητική λάμπρυνση 0.029 Wm⁻²decade⁻¹ του CERES, με τη διαφορά να αποδίδεται κυρίως σε ισχυρότερες αρνητικές τάσεις μεταβολής της SSR του μοντέλου. Παρομοίως, αναλύθηκαν οι τάσεις μεταβολής στην κορυφή της ατμόσφαιρας. Και τα δύο σύνολα δεδομένων παρουσιάζουν συνολική μέση πλανητική μείωση της OSR, με τιμές -0.225 Wm⁻²decade⁻¹ για το μοντέλο και -0.650 Wm⁻²decade⁻¹ για το CERES. Η μικρότερη μείωση του μοντέλου οφείλεται κυρίως στις ισχυρότερες αυξητικές τάσεις σε ορισμένες περιοχές, ιδιαίτερα σε θαλάσσιες περιοχές με επίμονη χαμηλή νέφωση, όπως δυτικά της Νότιας Αμερικής και της Νότιας Αφρικής. Συνολικά, υπάρχει συμφωνία στις τάσεις μεταβολής της OSR βρίσκεται στο 73% του παγκόσμιου αριθμού κυψελίδων. Τόσο το μοντέλο όσο και το CERES καταγράφουν τη μείωση της OSR στην Ευρώπη, τη Νότια Αφρική, την Αμερική, τον Αρκτικό κύκλο, το Νότιο Ωκεανό, σε τμήματα του τροπικού Ειρηνικού Ωκεανού και σε μεγάλες εκτάσεις της Ασίας. Συμφωνία παρατηρείται επίσης ως προς τις αυξανόμενες τάσεις OSR σε συγκεκριμένες ωκεάνιες περιοχές, τη θάλασσα νότια της Νότιας Αμερικής, τον Περσικό Κόλπο και την Ινδονησία. Ασυμφωνίες εντοπίζονται σε τμήματα της Ινδίας, της Μέσης Ανατολής, της Ασίας και σε ορισμένες ωκεάνιες περιοχές. Συνολικά, το ποσοστό των κελιών όπου το μοντέλο συμφωνεί με το CERES τόσο στην επιφάνεια όσο και στην κορυφή της ατμόσφαιρας είναι 62%, υποδηλώνοντας μια ικανοποιητική απόδοση στην αποτύπωση των προσήμων των τάσεων μεταβολής της ηλιακής ακτινοβολίας μικρών μηκών κυμάτων κατά την περίοδο 2001-2018. Επίσης, οι αξιολογήσεις των αποτελεσμάτων του μοντέλου έναντι των μετρήσεων πραγματοποιήθηκαν και συγκρίθηκαν μεταξύ τους για διάφορα σύνολα δεδομένων SSR και GDB κατά τη διάρκεια των ετών 1984-2018 και 2001-2018. Τα σύνολα δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν ήταν τα εξής: FMI, FMC, CERES, CLARA, ERA5, MERRA-2, JRA55 (Japanese 55-year Reanalysis), GFDL_CM2p1 (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Climate Model 2.1), NCEP-R1, NCEP-R2 (National Centers for Environmental Prediction Reanalysis 1 & 2), ISCCP_HXG, και W5E5 (WATCH Forcing Data applied to ERA5 with ERA5 bias correction). Τα αποτελέσματα αυτής της πολλαπλής σύγκρισης επιβεβαίωσαν ότι το FMC είναι ένα μοντέλο με τις καλύτερες επιδόσεις στην ποιοτική συμφωνία για το GDB (καλύτερη συμφωνία από τις προηγούμενες εκδόσεις του μοντέλου αυτού) σε σύγκριση με τις μετρήσεις, ενισχύοντας περαιτέρω την αξιοπιστία του. Επιπλέον, τα αποτελέσματα του FMC συγκαταλέγονται μεταξύ των συνόλων δεδομένων με τις καλύτερες επιδόσεις για την SSR, ενισχύοντας την εμπιστοσύνη στην ικανότητά του να αναπαράγει τις μακροπρόθεσμες τάσεις μεταβολής της SRR και τις φάσεις του GDB σε παγκόσμια κλίμακα. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιώντας απεποχοποιημένες ανωμαλίες SSR, η υψηλότερη συσχέτιση με τους σταθμούς αναφοράς παρατηρήθηκε για το ERA5, με συντελεστές συσχέτισης 0.76 για τους σταθμούς GEBA και 0.72 για τους σταθμούς BSRN. Το FMC ακολούθησε πολύ κοντά, με τιμές 0.75 και 0.71, αντίστοιχα, ενώ το FMI κατέλαβε την τρίτη θέση με 0.74 και 0.71. Εναντίον των σταθμών GEBA, το FMC παρουσίασε την υψηλότερη συμφωνία με 80%, ακολουθούμενο από τα ERA5 και W5E5 με 78%, με το FMI να κατατάσσεται τέταρτο με συμφωνία 66%. Έναντι των σταθμών BSRN, το FMC βρέθηκε και πάλι να είναι το καλύτερο με συμφωνία 65%, ενώ το FMI κατέλαβε την πέμπτη θέση με 52%. Σε ότι αφορά στις στατιστικά σημαντικές τάσεις μεταβολής, το ERA5 παρουσίασε την καλύτερη συμφωνία με 94%, ακολουθούμενο από το FMC με 90%, με το FMI να κατατάσσεται τέταρτο με 80%. Έναντι των BSRN, που όμως είναι μόνο 4 σταθμοί με στατιστικά σημαντικές τάσεις, το GFDL_CM2p1 πέτυχε συμφωνία 100%, ενώ το FMC κατέλαβε τη δεύτερη θέση με 88% και το FMI κατέλαβε την έκτη θέση με 50%. Επιπλέον, η ποιοτική συμφωνία του FMC με τα άλλα δύο καλύτερα σύνολα δεδομένων μετά το FMC σε περίπου 60% των κυψελίδων του πλανήτη ενισχύει την εμπιστοσύνη στην αξιοπιστία του, ιδιαίτερα σε περιοχές ιδιαίτερου ενδιαφέροντος όπως η Ευρώπη, η Νότια Αμερική, η βόρεια Ινδία, οι ωκεάνιες περιοχές δυτικά των ηπείρων με χαμηλή νέφωση και ο Νότιος Ωκεανός. Στο τρίτο μέρος της μελέτης, διερευνήθηκαν τα αίτια του GDB με βάση τις τάσεις μεταβολής των παραμέτρων εισόδου στο FORTH-RTM. Κατά τη διάρκεια των τεσσάρων δεκαετιών, η SSR παρουσίασε διακριτές τάσεις μεταβολής. Στη δεκαετία του 1980 σημειώθηκε μια ασθενής σκίαση στο ΝΗ (-0.69 %decade⁻¹) και μια ασθενής λάμπρυνση στο SΗ (0.53 %decade⁻¹) αποδίδοντας μηδενική τάση παγκοσμίως, η οποία ακολουθήθηκε από μια σημαντική λάμπρυνση στη δεκαετία του 1990 (+2.43 %decade⁻¹) λόγω των μεγάλων μειώσεων του οπτικού βάθους του αερολύματος (AOD) και του οπτικού πάχους των νεφών (COT). Τη δεκαετία του 2000 σημειώθηκε ασθενέστερη παγκόσμια λάμπρυνση (+0.74 %decade⁻¹), καθώς οι αυξήσεις των αερολυμάτων και των CA1 και CA3 αντισταθμίστηκαν εν μέρει από τις μειώσεις του COT και της CA2. Τέλος, στη δεκαετία του 2010 σημειώθηκε άλλη μια περίοδος λάμπρυνσης (+0.83 %decade⁻¹), η οποία οφείλεται σε μειώσεις τόσο των νεφών όσο και των αερολυμάτων, ιδίως πάνω από την ξηρά. Καθ' όλη τη χρονική περίοδο (1984-2018), παρατηρήθηκε μεγάλη μείωση του COT3 και του CA2 σε ολόκληρο τον πλανήτη, γεγονός το οποίο είναι σύμφωνο με τη γενική – καθ’ όλη τη διάρκεια της περιόδου μελέτης – αύξηση της SSR (λάμπρυνση). Αντίθετα, υπήρξαν μεγάλες αυξήσεις στο COT2 και COT1, καθώς και στην CA1 πάνω από το Νότιο Ημισφαίριο και τους ωκεανούς, που πάντως δεν υπερίσχυσαν σε βαθμό που να επιφέρουν σκίαση. Στη γενική λάμπρυνση έπαιξε ρόλο και το AOD που μειώθηκε εκτός από τις χερσαίες περιοχές του Νοτίου Ημισφαιρίου. Σύμφωνα λοιπόν με την παρούσα μελέτη, οι κυριότεροι παράγοντες που οδήγησαν στην λάμπρυνση ήταν οι αλλαγές (μειώσεις) στο CA2 και στο COT3, ενώ η συμβολή των αλλαγών (μειώσεων) του AOD είναι αξιοσημείωτη πάνω από συγκεκριμένες χερσαίες περιοχές με έντονη ανθρωπογενή ρύπανση, όπως η Ευρώπη, η Ινδία και η Ανατολική Κίνα. Η συμβολή άλλων οπτικών ιδιοτήτων του αερολύματος, δηλαδή των SSA, AP, καθώς και των υδρατμών και του όζοντος, ήταν ασήμαντη. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1980 (1984-1989), το AOD γενικά μειώθηκε, ενώ το COT3 αυξήθηκε γενικά και το CA3 επίσης αυξήθηκε παντού εκτός από την ξηρά του SH. Η ύπαρξη θετικών και αρνητικών τάσεων των οδηγών του GDB είχε ως αποτέλεσμα είτε μια ασθενή σκίαση, όπως στο NH και πάνω από τη ξηρά, είτε μια ασθενή λάμπρυνση, όπως στο SH. Σε επίπεδο επιλεγμένων περιοχών ξηράς του πλανήτη, οι μεταβολές του AOD είχαν τη μεγαλύτερη συμβολή στο GDB κατά τη διάρκεια αυτής της δεκαετίας είτε παγκοσμίως είτε πάνω από 11/18 χερσαίες περιοχές, ακολουθούμενες από τις μεταβολές της CA3. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1990, οι μεγάλες μειώσεις στο AOD, το COT και εν μέρει στην CA εξηγούν τη γενική αύξηση της SSR κατά τη δεκαετία αυτή. Πιο συγκεκριμένα, οι μεταβολές του AOD διαπιστώθηκε ότι ήταν ο ισχυρότερος παράγοντας που συνέβαλε στο GDB κατά τη διάρκεια αυτής της δεκαετίας γενικά, καθώς και σε 11/18 περιοχές ξηράς, ακολουθούμενες από τις μεταβολές της CA3. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι υδρατμοί, παρά τον γενικά αδύναμο ρόλο τους στο GDB, παρουσίασαν κάποια σημαντική συμβολή τη δεκαετία αυτή πάνω από την Αυστραλία και το Μεξικό. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 2000, το AOD και η CA1 και CA3 αυξήθηκαν, ενώ το COT2 και η CA2 μειώθηκαν σε μεγάλο βαθμό. Ο συνδυασμός αυτών των τάσεων μεταβολής οδήγησε σε μια συνολική ασθενή λάμπρυνση. Ειδικότερα, οι μεταβολές του COT3, ακολουθούμενες από εκείνες του AOD, είχαν την ισχυρότερη συμβολή στο GDB κατά τη δεκαετία του 2000 είτε σε παγκόσμιο επίπεδο είτε σε 7/18 χερσαίες περιοχές. Εκτός αυτού, οι μεταβολές της SSA είχαν σημαντική συμβολή στο GDB πάνω από την Ανατολική Κίνα. Στη δεκαετία του 2010, σημειώθηκαν μεγάλες μειώσεις τόσο στα νέφη όσο και στα αερολύματα, οι οποίες ήταν εντονότερες πάνω από περιοχές ξηράς. Αντίθετα, υπήρξε αύξηση του COT1 και της CA2 και CA3 πάνω από τους ωκεανούς. Το τελικό αποτέλεσμα ήταν μια γενική λάμπρυνση, εκτός από τους ωκεανούς του SH, όπου επικράτησε σκίαση. Οι μεταβολές τόσο του AOD όσο και των νεφών συνέβαλαν σημαντικά στο GDB, με τις μεταβολές του AOD να έχουν την ισχυρότερη συμβολή σε 8/18 χερσαίες περιοχές και να ακολουθούνται από την μεταβολή στην CA3. Επιπλέον, οι υδρατμοί συνέβαλαν σημαντικά πάνω από το Μεξικό. Συνολικά, η εργασία αυτή επιβεβαίωσε τη μεταβλητότητα της SSR σε δεκαετείς κλίμακες, αποκαλύπτοντας ότι η SSR υπέστη αξιοσημείωτες αλλαγές κατά τις τελευταίες 4 δεκαετίες, από τα μέσα της δεκαετίας του 1980. Αποδείχθηκε επίσης η πολύπλοκη φύση του φαινομένου, το οποίο αλλάζει μέγεθος, αλλά ακόμη και πρόσημο, μεταξύ γειτονικών περιοχών του κόσμου. Η πολυπλοκότητα ενισχύεται περαιτέρω, δεδομένου ότι τα αίτια του GDB (τάσεις μεταβολής της SSR) ποικίλλουν από δεκαετία σε δεκαετία ή από περιοχή σε περιοχή πάνω στη Γη. Διαπιστώθηκε ότι οι κινητήριοι παράγοντες του φαινομένου είναι τόσο φυσικοί όσο και ανθρωπογενείς, γεγονός που περιπλέκει ακόμη περισσότερο την κατάσταση. Είναι σημαντικό ότι βρέθηκε πως οι μεταβολές των φορτίων αερολυμάτων (AOD) ήταν ο κύριος παράγοντας του GDB πάνω από περιοχές με σημαντική ανθρωπογενή δραστηριότητα, δηλαδή την Ευρώπη, την Ανατολική Κίνα και την Ινδία. Ωστόσο, ο ρόλος του AOD ήταν σημαντικός και σε παγκόσμιο επίπεδο κατά τις δεκαετίες του 1980 και 1990. Τα αποτελέσματα αυτά αναδεικνύουν τον κλιματικό ρόλο των μειωμένων ανθρωπογενών εκπομπών σωματιδίων, τα οποία μπορούν να μετριάσουν το ρόλο τους στην εξισορρόπηση της αύξησης της θερμοκρασίας του θερμοκηπίου. Από την άλλη πλευρά, οι μεταβολές των νεφών, ιδίως η μεταβολή του COT3 και της CA2, αποτελούν τους κύριους παράγοντες του GDB σε παγκόσμιο και ημισφαιρικό επίπεδο καθ' όλη τη διάρκεια της κλιματικής περιόδου, αλλά και κατά τη δεκαετία του 2000. Τέτοιες αλλαγές στις ιδιότητες των νεφών μπορεί να είναι αποτέλεσμα τόσο φυσικών όσο και ανθρωπογενών διεργασιών, κάτι που μένει να διερευνηθεί. Η παρούσα μελέτη αναδεικνύει το σημαντικό ρόλο του φαινομένου GDB για το κλίμα της Γης, καθώς έχει τη δυνατότητα να προκαλέσει μια παγκόσμια ψύξη/θέρμανση λόγω ακτινοβολίας, που έχει τη δυνατότητα είτε να αποδυναμώσει είτε να ενισχύσει την αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλείται από τα αέρια του φαινομένου του θερμοκηπίου. Ωστόσο, παρόλο που το GDB του FORTH-RTM βρίσκεται σε αρκετά καλή συμφωνία με το GDB των σταθμών, μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω και να αυξήσει την αξιοπιστία του μέσω σημαντικών βελτιώσεων στα δορυφορικά δεδομένα εισόδου του μοντέλου και στα δεδομένα της επανανάλυσης. Μια τέτοια βελτίωση μπορεί να μειώσει περαιτέρω τις αβεβαιότητες σχετικά με τα αίτια του εκτιμώμενου GDB.Ακόμη, από τα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης, η συσχέτιση Pearson προσδιορίζει άμεσες γραμμικές σχέσεις, αποκαλύπτοντας την ισχύ και την κατεύθυνση δράσης μεμονωμένων οδηγών της SSR, όπως η συνολική ισχυρότερη αρνητική συσχέτιση μεταξύ SSR και CA3 και COT2. Η παλινδρόμηση Ridge βελτιώνει αυτά τα ευρήματα μετριάζοντας την πολυσυγγραμμικότητα, προσφέροντας μια πιο ακριβή ποσοτικοποίηση της συνεισφοράς κάθε παράγοντα – υπογραμμίζοντας, για παράδειγμα, τον κυρίαρχο αντίκτυπο των CA3 και COT2. Εν τω μεταξύ, η Random Forest παλινδρόμηση καταγράφει πολύπλοκες μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις, κατατάσσοντας την CA3 ως τον παράγοντα με τη μεγαλύτερη επιρροή, ακολουθούμενο από το COT2 και το COT3, ενισχύοντας την καθοριστική επίδραση των ιδιοτήτων των νεφών στη μηνιαία μεταβλητότητα της SSR. Η στατιστική ανάλυση επιβεβαιώνει επίσης ότι τα φορτία των αερολυμάτων (AOD) διαδραματίζουν δευτερεύοντα, αλλά σημαντικό ρόλο, ιδιαίτερα σε συγκεκριμένες χερσαίες περιοχές με έντονη εξαγωγή ερημικής σκόνης όπως η Σαχάρα και η Μέση Ανατολή, ενώ και οι άλλες παράμετροι συμβάλλουν στη διακύμανση SSR, όμως σε πολύ μικρότερο βαθμό. Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα και των τριών στατιστικών μεθόδων, η CA3 ξεχωρίζει ως ο παράγοντας που επηρεάζει περισσότερο τις διακυμάνσεις SSR από μήνα σε μήνα, ακολουθούμενο από το COT2. Το COT3 και η CA2 συμβάλλουν επίσης σημαντικά, αν και σε μικρότερο βαθμό, με τις επιπτώσεις τους να κατατάσσονται ακριβώς μετά από αυτές των CA3 και COT2. Αξίζει να σημειωθεί ότι κατά την περίοδο 1984–2018, ο ισχυρότερος καθοδηγητικός παράγοντας του GDB ήταν το COT3, ακολουθούμενο από την CA2, όπως συζητήθηκε προηγουμένως με βάση την ανάλυση των συνεισφορών. Αυτή η εκτίμηση, μαζί με τα ευρήματα της ανάλυσης παλινδρόμησης, υπογραμμίζει τον κυρίαρχο ρόλο των μεσαίων και υψηλών νεφών στην πρόκληση αλλαγών της SSR κατά την περίοδο μελέτης 1984-2018, τουλάχιστον σε παγκόσμια και ημισφαιρική κλίμακα.Στο τέταρτο μέρος της μελέτης, εξετάστηκε ο ρόλος της σκίασης και λάμπρυνσης σε σχέση με την πρόσφατη υπερθέρμανση του πλανήτη. Σύμφωνα με την ανάλυση αυτή, οι εκτιμώμενες φάσεις του GDB συμφωνούν με τις δεκαετείς μεταβολές της μέσης ημερήσιας θερμοκρασίας (Tmean), της ημερήσιας μέγιστης θερμοκρασίας (Tmax), της ημερήσιας ελάχιστης θερμοκρασίας (Tmin), καθώς και του ημερήσιου θερμοκρασιακού εύρους (Diurnal Temperature Range ή DTR) σε ορισμένες περιοχές του πλανήτη με σημαντική ανθρωπογενή ρύπανση, όπως η Ευρώπη και η Ανατολική Ασία, καθώς και σε παγκόσμια κλίμακα. Οι διαδεκαετείς φάσεις του GDB φαίνεται να τροποποιούν και να διαφοροποιούν τους ρυθμούς θέρμανσης που προκαλούνται κυρίως από την μονοτονικά αυξανόμενη συγκέντρωση των αερίων του θερμοκηπίου. Πιο συγκεκριμένα, από τα μέσα της δεκαετίας του 1980, όταν παρατηρήθηκε η λάμπρυνση, η απόκριση της παγκόσμιας μέσης θερμοκρασίας της ξηράς, η οποία αρχικά καθοδηγήθηκε από το εξελισσόμενο ανθρωπογενές φαινόμενο του θερμοκηπίου, ήταν μια ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτή η αύξηση επιβραδύνθηκε ή και σταμάτησε κατά τη δεκαετία του 2000, όταν σημειώθηκε μια σταθερή τάση της SSR στη ξηρά του ΝΗ ή και μια ασθενής σκίαση σε περιοχές ξηράς με ιδιαίτερο ενδιαφέρον όπως η Ευρώπη, η Ινδία και η Ανατολική Ασία, η οποία εν μέρει συγκάλυψε την ανθρωπογενή αύξηση της θερμοκρασίας. Στη συνέχεια, κατά τη μετάβαση από την σκίαση σε μια νέα περίοδο λάμπρυνσης στη δεκαετία του 2010, η θέρμανση από το φαινόμενο του θερμοκηπίου δεν συγκαλύφθηκε πλέον και οι ρυθμοί θέρμανσης αυξήθηκαν και πάλι. Αυτή η σχέση μεταξύ GDB και της θερμοκρασίας της γήινης επιφάνειας κατά την 35ετή περίοδο μελέτης 1984-2018 είναι σύμφωνη με τα συμπεράσματα που εξήγαγαν οι Wild et al. (2007) για τις δεκαετίες 1950-2000. Πιο συγκεκριμένα, για την περίοδο 1950-2000 είχε βρεθεί ότι η σκίαση των δεκαετών από το 1950 έως το 1980 συγκάλυψε την ανθρωπογενή αύξηση της θερμοκρασίας με αποτέλεσμα να παρατηρηθεί επιβράδυνση της παγκόσμιας θέρμανσης. Ενώ, κατά τη χρονική διάρκεια 1980-2000 η λάμπρυνση επέτρεψε να εκδηλωθεί πλήρως η η ανθρωπογενής επίδραση στους ρυθμούς θέρμανσης. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η διαχρονική μεταβολή της SSR παίζει επίσης ρόλο στις ετήσιες μεταβολές της θερμοκρασίας της επιφάνειας της Γης, αν και αυτές οι θερμοκρασιακές μεταβολές καθορίζονται από άλλους παράγοντες, όπως η ανθρωπογενής αύξηση της θερμοκρασίας λόγω των αυξημένων εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου, οι ηφαιστειακές εκρήξεις και το ENSO (Gou et al., 2022; Santer, 2014; Solomon, 2011; Watanabe et al., 2014). Το GDB βρέθηκε ότι συσχετίζεται πιο έντονα και καθοδηγεί σε μεγάλο βαθμό την Tmax, ενώ δευτερευόντως τη μέση θερμοκρασία της επιφάνειας και το ημερήσιο θερμοκρασιακό εύρος (DTR). Αυτά τα συμπεράσματα ισχύουν περισσότερο στις χερσαίες περιοχές του πλανήτη παρά στις ωκεάνιες, ενώ παρατηρούνται σε σημαντικό βαθμό σε παγκόσμια κλίμακα. Επιπλέον, σε περιοχές όπου σημειώθηκε έντονη λάμπρυνση, η Tmax αυξήθηκε περισσότερο από την Tmin (η οποία αυξήθηκε κυρίως λόγω της θέρμανσης του θερμοκηπίου), οδηγώντας σε αύξηση της DTR. Αυτό επιβεβαιώνει ότι το GDB παίζει σημαντικό ρόλο στις μεταβολές της Tmax και της DTR. Ωστόσο, τα μεγέθη των λαμπρύνσεων πριν και μετά την σκίαση της δεκαετίας του 2000 δε συνδέονται άμεσα με τα αντίστοιχα μεγέθη επιφανειακής θέρμανσης, επιβεβαιώνοντας την πολυπλοκότητα της άμεσης σύνδεσης μεταξύ του GDB και των μεταβολών της επιφανειακής θερμοκρασίας, καθώς και τη σημασία του ανθρωπογενούς φαινομένου του θερμοκηπίου ως κύριου παράγοντα για τη συνεχιζόμενη υπερθέρμανση του πλανήτη.