Homogenisatie van temperatuurdata

Wie een temperatuur wil meten, gebruikt een thermometer. Dat lijkt heel simpel en eigenlijk is het dat ook wel. Maar zelfs simpele dingen hebben, als je wat dieper graaft, altijd weer hun complicaties. Zo zou iemand die de temperatuur van de buitenlucht wil meten tot het inzicht kunnen komen dat een thermometer dat helemaal niet kan. Het enige dat een thermometer kan meten is zijn eigen temperatuur.

Nu leert de thermodynamica dat een thermometer die in de buitenlucht hangt vanzelf de temperatuur van de lucht aan zal nemen, op voorwaarde dat er niets anders is dat op één of andere manier energie onttrekt of toevoegt aan die thermometer. In de praktijk betekent dit dat de thermometer niet nat mag worden en niet blootgesteld mag worden aan zonlicht of aan warmtestraling van een bron in de omgeving. In 1864 bedacht Thomas Stevenson een goede afscherming voor thermometers: de Stevensonhut (of Stevenson screen), die de Britse Royal Meteorological Society in 1873 inspireerde tot een lijst van ontwerpcriteria voor thermometerhutten. Instrumentele metingen van voor deze periode worden tegenwoordig met de nodige argwaan bekeken, juist omdat een goede afscherming toen vaak ontbrak. Maar dat betekent niet dat er geen problemen zijn met metingen vanaf 1873. Nog voor het einde van de 19e eeuw werd er een belangrijke tekortkoming in het ontwerp van Stevenson gevonden: via de open bodem van zijn hut kon op zonnige dagen vanaf de grond zonlicht gereflecteerd worden, waardoor metingen te hoog uit konden vallen. Sindsdien zijn er nog allerlei aanpassingen geweest: om de kwaliteit van metingen te verbeteren, om kosten te besparen, om onderhoud te vergemakkelijken, enzovoort.

Voor wie wil weten hoe warm het gisteren was, maken zulke aanpassingen niet veel uit. Voor klimaatwetenschappers, die naar veranderingen in de temperatuur op grotere ruimte- en tijdschalen kijken, is dat anders: als veel thermometerhutten binnen een bepaalde periode op dezelfde manier worden veranderd, kan dat een systematische afwijking van de metingen opleveren. De klimaatwetenschap is hierin overigens niet uniek: vrijwel elke wetenschappelijke discipline die (meet)gegevens over periodes van meerdere decennia gebruikt krijgt met dit soort zaken te maken. Het proces om zulke systematische afwijkingen uit de data te filteren wordt homogenisatie genoemd.

KNMI_Trend_Differences_Gemert

Voorbeeld van een inhomogene reeks temperatuurdata, uit Gemert. De gehomogeniseerde gegevens zijn onderdeel van de Centrale Nederlandse Temperatuur. Meer daarover in dit rapport (pdf) van het KNMI

Lees verder

Open discussie zomer 2014

Voor degenen die de discussie over kernenergie uit de windenergie-draad voort willen zetten, of voor al het andere dat u hier kwijt wilt: een nieuwe open discussie.

Windenergie zorgt wel degelijk voor vermindering CO2 uitstoot

In de Metro van gisteren stond een misleidende column van Luuk Koelman, die wel vaker ageert tegen klimaatwetenschap en duurzame energie. Een echte twijfelbrigadier. In de trein had ik mooi even gelegenheid om een reactie in te sturen, die vandaag is geplaatst:

Windenergie

Luuk Koelman moet de feiten checken

Windenergie zorgt wel degelijk voor een vermindering van de CO2 uitstoot. Columnist Luuk Koelman beweert dat het fabriceren van een windmolen meer energie kost dan deze ooit zal opleveren. Dat is een hardnekkig misverstand, verspreid door mensen die om wat voor redenen dan ook fel tegen duurzame energie zijn. De zogenaamde terugverdientijd is echter 3 tot 6 maanden (zie bijvoorbeeld het factsheet windenergie van Energieonderzoek Centrum Nederland, ECN). Waarschijnlijk praat Koelman gewoon de anti-windenergie lobby na, zonder te checken of de informatie, die hem kennelijk zo goed bevalt, wel klopt.

Oceaanverzuring 56 miljoen jaar geleden

• Circa 56 miljoen jaar geleden, tijdens het zogeheten PETM, kwam er, net als in onze huidige tijd, een grote hoeveelheid CO2 in de atmosfeer terecht met als gevolg een relatief snelle opwarming van de aarde.
• Door de gestegen CO2 concentratie ten tijde van het PETM werden de oceanen ongeveer twee keer zo zuur (een daling van de pH met 0.3 eenheden). Tegenwoordig gaat de verzuring van de oceanen tien keer zo snel als toen.

Het PETM staat voor het Paleocene-Eocene Thermal Maximum, een relatief snelle klimaatverandering die zo’n 56 miljoen jaar geleden plaats heeft gevonden. Deze gebeurtenis markeert de scheiding tussen twee geologische tijdperken, het Paleoceen en het Eoceen en is, naast het historische en wetenschappelijke aspect, interessant vanwege enkele grote overeenkomsten met het huidige tijdperk. Net als in onze ‘moderne’ tijd nam tijdens het PETM in een relatief korte tijdspanne de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer sterk toe en dat veroorzaakte uiteraard een temperatuurstijging, samen met een verzuring van de oceanen. Een nieuwe publicatie van Penman et al laat op basis van metingen zien wat de grootte van de daling van de pH – een toename van de zuurgraad – was in de oceanen tijdens het PETM (zie het persbericht en een pdf van de publicatie).
Lees verder

Klimatologie is een volwassen wetenschap

Vrije vertaling van Victor Venema’s post op Variable Variability. De tekening is van Marije Mooren

Een reactie op het blog van Judith Curry (Climate Etc.) bleek controversieel te zijn. Judith Curry schreef:

The point is that you can’t neutralize plausible alternative interpretations of the available evidence from diminishing the scientific ‘consensus.’ It only takes one such argument, and one person making it (but in fact there are numerous arguments and a substantial number of people making them).

Het antwoord van Victor Venema:

In practice it will likely take more than one Galileo or study. Also the refutation of classical mechanics by quantum mechanics and relativity did not change many things we already understood at the time. It allowed us to study new things and ask new questions. That was the revolution.
Climatology is a mature field and new findings will more likely change the complete picture only little. The largest uncertainties are in the impacts, improving our understanding there will have to be done one impact at a time. And more likely, one aspect of an impact at a time.

Helaas ging niemand in op de stelling dat grote vernieuwingen in de wetenschap (paradigmaveranderingen) meestal de reikwijdte van de wetenschap uitbreiden, in plaats van dat ze (de praktische consequenties van) eerdere bevindingen weerleggen. Maar de stelling dat de klimaatwetenschap volwassen is, ging velen te ver.

Curry’s repliek:

Climate science is NOT a mature field. Stay tuned for more and more surprises…

Dit hoge niveau van argumentatie is lastig te beantwoorden. Maar er zijn daar nog wel wat verstandige mensen, bijvoorbeeld Michael, die schreef:

The second [surprises] is not in any way ruled out by the first [maturity].
There are plenty of new discoveries, even in mature fields.

Het is boeiend dat Curry zo dol is op verrassingen, of onzekerheid. Van oudsher maken mensen zich zorgen over veranderingen van het klimaat, omdat dat klimaat zo belangrijk voor ons is. Zijn onzekerheid, of mogelijke verassingen goede argumenten om maar gewoon door te gaan met alle huidige activiteiten die het klimaat kunnen beïnvloeden? Of is het een conservatieve gedachte om daar twijfels bij te hebben? Lees verder

Klimaatgevoeligheid en de zoektocht naar het ‘wat’ en ‘waarom’

• De verschillende antropogene invloeden die hebben geleid tot een temperatuurstijging sinds de industriële revolutie zijn niet allemaal uniform verdeeld over de aarde. Zo zijn, in tegenstelling tot de homogeen verdeelde broeikasgassen, de concentraties aan aerosolen en ozon voornamelijk gelokaliseerd boven het Noordelijk Halfrond.
• Als men rekening houdt met een verschil in ‘effectiviteit’ van de diverse invloeden (forceringen), veroorzaakt door de inhomogene spreiding, leidt een afleiding van de klimaatgevoeligheid op basis van de observaties van de 20e eeuw tot waarden die beter overeenkomen met de paleoklimatologische data en de klimaatmodellen.

In de wetenschap, en vanzelfsprekend ook de klimaatwetenschap, poogt men antwoorden te geven op allerlei ‘wat’ en ‘waarom’ vragen. Waarom stijgt de zeespiegel, waarom is CO2 een broeikasgas of wat zal de gemiddelde temperatuur op aarde in 2100 zijn? Een belangrijk punt bij die laatste vraag is onderdeel van een boeiend en soms complex debat in de klimaatwetenschap: “Wat is de grootte van de klimaatgevoeligheid?”.

De klimaatgevoeligheid voor de evenwichtssituatie (ECS) betreft de temperatuurstijging die we zullen krijgen ten gevolge van een verdubbeling van de CO2 concentratie en we vervolgens netjes wachten totdat het gehele systeem – de atmosfeer, de ijskappen en de oceanen – energetisch weer in evenwicht is geraakt (zie hier voor een overzicht van de begrippen). Een bijzonder lastig punt hierbij is dat we deze toekomstige temperatuurstijging niet gewoon eventjes experimenteel kunnen vaststellen en ook dat toekomstige metingen helaas nu nog niet beschikbaar zijn (naar Gavin Schmidt’s Ted Talk en Knutson en Tuleya). De klimaatwetenschap probeert daarom de grootte van de klimaatgevoeligheid af te leiden, bijvoorbeeld uit klimaatmodellen, of uit gegevens van het verre aardse verleden (paleoklimatologie) of uit de observaties van de 20e eeuw.

Het interessante is nu dat ten eerste alle afleidingen van de grootte van de klimaatgevoeligheid gepaard gaan met behoorlijke onzekerheden en ten tweede dat één type afleiding een wezenlijk ander resultaat geeft dan andere typen afleidingen. Zo geven bijv. de klimaatmodellen en de paleoklimatologie data een ECS van circa 3 °C voor een verdubbeling van de CO2 concentratie en geven berekeningen gebaseerd op de observaties van de 20e eeuw een ECS van circa 2 °C. Het IPCC heeft in hun laatste rapport naar alle verschillende afleidingen en hun onzekerheden gekeken en daaruit geconcludeerd dat de evenwichtsklimaatgevoeligheid waarschijnlijk ergens tussen 1.5 en 4.5 °C ligt en heeft dit keer geen beste schatting afgegeven. Zie figuur 1.
Vandaar het ‘boeiende debat’, de wetenschap moet op zoek naar het ‘waarom’ van deze verschillen opdat men daarna een beter antwoord kan geven op de vraag: “Wat is de grootte van de klimaatgevoeligheid?”.
Lees verder

Climatedialogue over Klimaatgevoeligheid

Na een stilteperiode van negen maanden is vandaag een nieuwe discussie geopend op Climate Dialogue over klimaatgevoeligheid. Sinds de oprichting ben ik bij dit initiatief betrokken geweest (in verschillende hoedanigheden). Enerzijds uniek vanwege de samenwerking en discussie tussen tussen ‘mainstreamers’ en ‘skeptici’, anderzijds controversieel vanwege de ‘false balance’ die in feite in de structuur zit ingebakken door expliciet ‘sceptici’ uit te nodigen voor de discussies. Ik beschreef ClimateDialogue eerder in dit blog, waarin ik bovengenoemde aspecten ook benoem. Er zijn sinds het begin een aantal veranderingen doorgevoerd in bijv. de bemensing en de structuur. De discussies zullen nu geleid worden door Bart Strengers van PBL en Marcel Crok.

Het is een internationaal blog, gefinancierd door het ministerie van Infrastructuur en Milieu (IenM), waarop onderzoekers op uitnodiging over publiekelijk controversiële klimaatonderwerpen met elkaar in discussie gaan, met als doel erachter te komen waarover men het eens is, waarover oneens en wat de mogelijke redenen zijn voor dit verschil in inzicht.

In de nieuwe discussie zullen drie klimaatwetenschappers de degens kruisen over één van de meest cruciale onderwerpen binnen de klimaatwetenschap: de klimaatgevoeligheid ofwel de vraag hoeveel de aarde zal opwarmen na een verdubbeling van de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer. In het recent verschenen klimaatrapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) wordt gesteld dat deze waarde waarschijnlijk ligt tussen 1,5 en 4,5 graden. Een meest waarschijnlijke waarde (‘best estimate’) wordt niet gegeven. De range is gebaseerd op klimaatmodellen (GCMs), de opwarming over de afgelopen 150 jaar, klimaatveranderingen in het verre verleden (paleo-studies) en klimatologische randvoorwaarden. Bij al deze benaderingen komt een of ander model om de hoek kijken.

Lees verder