Justering av historiske temperaturmålinger

Det siste århundret er den globale overflatetemperaturen økt med ca. 0,7–0,8 °C. I flere nettdebatter den siste uken har «skeptikere» vist til et obskurt konferansebidrag om oppjustering av temperaturmålinger som belegg for den oppsiktsvekkende påstanden at opptil halvparten av den observerte globale oppvarmingen kan avskrives. Men det håpet må nok justeres kraftig ned.

Sammendrag: En database over historiske temperaturmålinger (GHCN-M) justeres for å fjerne falske temperaturskifter. Steirou og Koutsoyiannis hevder justeringene uforholdsmessig ofte fører til en økning i trenden, og at den egentlige globale oppvarmingen derfor derfor har vært mindre enn GHCN viser. En ekspert påpeker imidlertid at justeringene ikke trenger gå like mye opp som ned, siden de retter feil som kan gå systematisk én vei. Forskerne finner dessuten mindre utslag i hele GHCN-M enn S&K rapporterer for sitt utvalg av stasjoner. En rask virkelighetssjekk viser også at de justerte trendene stemmer bedre med landtemperaturserier basert på (delvis) andre data og metoder.

Bakgrunn

Forskerne justerer (homogeniserer) rutinemessig historiske temperaturdata fra værstasjoner for å fjerne temperatursprang som ikke skyldes virkelige klimaendringer, men f.eks. at stasjoner flyttes, termometre skiftes ut, målerutiner endres eller bebyggelsen vokser.

«Skeptikerne» jeg har støtt på, som ironisk kaller justeringene for «menneskeskapt» oppvarming, tar derfor ganske ironisk feil. Slike justeringer blir gjort nettopp for å luke ut kunstige, menneskeskapte feil i dataene, og justerte data må derfor anses riktigere enn rådata. «Skeptikerne» tar ikke ti øre for å påstå i samme åndedrett at den målte oppvarmingen skyldes byvarmevirkninger og at den skyldes justeringene som retter slike feilkilder.

Konkret handler det her om GHCN-M (Global Historical Climatology Network-Monthly), et klimaarkiv med over 7000 lange temperaturserier fra målestasjoner verden over. Det er under kontinuerlig utvikling, og ble oppgradert til versjon 3 i 2011 .

GHCN bruker automatiske metoder til å homogenisere temperaturserier: Datamaskinen sammenligner hver værstasjon med nærliggende værstasjoner, identifiserer bruddpunkter og fjerner suspekte temperaturskifter som skjer i bare én stasjon. Fremgangsmåten er selvfølgelig utførlig beskrevet i den fagfellevurderte litteraturen. Den nyeste versjonen (GHCN-M v.3) sammenligner stasjoner to og to . Den gamle versjonen (GHCN-M v.2), som det blir snakk om under, brukte en annen metode som først satte sammen nabostasjonene til en referanseserie.

Homogeniseringen kan endre den justerte temperaturtrenden for en stasjon både opp og ned. Algoritmen foretrekker ikke det ene fremfor det andre. Justeringene av enkeltstasjoner kan noen ganger være drastiske, men som vi skal se, gir det forholdsvis beskjedne endringer i trend i globalt gjennomsnitt. GHCN-M produseres i to versjoner, en «justert» versjon med homogenisering og en «ujustert» uten, så alle kan sammenligne dem. Nick Stokes og Zeke Hausfather har noen gode innlegg om dette på nett.

Steirou og Koutsoyiannis

«Skeptikerne» viser til en presentasjon på EGU-konferansen i 2012, «Investigation of methods for hydroclimatic data homogenization» . Så vidt jeg vet er det ikke blitt noen fagfellevurdert artikkel av dette, og Steirous diplomoppgave er dessverre gresk for meg, bokstavelig talt . «Skeptikerne» vil altså ha oss til å avskrive opptil halve den globale oppvarmingen som er dokumentert i mange års omhyggelig arbeid av mange forskergrupper, på grunnlag av et 260-ords sammendrag og en Powerpoint fra en gresk diplomingeniør (tilsvarende mastergrad?) og veilederen hennes, en fortjenstfull professor i hydrologi.(*) (Hvis du slutter å lese her, er du unnskyldt.)

S&K beskrev vanlige homogeniseringsmetoder som hovedsakelig statistiske og lite støttet av metadata og eksperimenter. Ja, det er jo nettopp fordi det som regel mangler dokumentasjon om historiske endringer at man bruker statistiske metoder.

Det «skeptikerne» har grepet fatt i, er S&Ks oppsiktsvekkende konklusjon om at «the global temperature increase during the last century is between 0.4°C and 0.7°C, where these two values are the estimates derived from raw and adjusted data, respectively.» Det later til at S&K tok et utvalg langvarige måleserier fra GHCN-M v.2, og sammenlignet de justerte og ujusterte seriene. De fant at homogeniseringen ga høyere (eller mindre negative) trender i 2/3 av tilfellene, og hevder altså at justeringene økte den globale trenden fra 0,42 til 0,76 °C (Powerpointen).

Merk at S&K ikke påstår justeringene står for «halvparten» av trenden, slik noen gjengir dem, men for et sted mellom null og halvparten. Men som vi skal se om et øyeblikk, er det uansett grunn til å ta disse tallene med en klype salt.

Sviktende premisser

Hovedproblemet ligger imidlertid ikke i tallene, men i logikken. S&Ks forutsetter at justeringene burde fordele seg likt, halvparten opp og halvparten ned. Men dette premisset svikter, i følge Victor Venema, som har ledet en evaluering av homogeniseringsmetoder. Hvis rådata har systematiske feil i én retning, fordi samme slags endring er skjedd i det meste av nettverket, vil justeringene nødvendigvis slå motsatt vei, påpeker Venema. Det kan skyldes nye værstasjonkonstruksjoner, byvarmevirkning, flytting til kaldere flyplasser osv. (Jeg anbefaler å lese hele Venemas innlegg, som også har lenker til svar fra S&K, og detaljerte forklaringer av homogenisering som helt sikkert er bedre enn mine.)

Det følger altså ikke at den «egentlige» trenden ligger et sted mellom de justerte og ujusterte trendene, slik S&K synes å forutsette. Ved å trekke fra noe av justeringene igjen, får man ikke nødvendigvis den «egentlige» trenden, man risikerer å bare legge inn igjen de kunstige, «menneskeskapte» feilene igjen. Homogeniseringen kan både rette feil som ikke finnes, og overse feil som finnes, så usikkerheten slår begge veier. Det ville være rimelig å vente å finne den egentlige trenden et sted rundt den justerte, pluss/minus, ikke bare under den justerte, som hos S&K.

Hva proffene sier

Venema viser til en rekke undersøkelser med forskjellige tilnærminger som validerer statistiske homogeniseringsmetoder, så S&K er ikke de første som gransker dette, og den fagfellevurderte litteraturen tyder på at metodene de kritiserer virker som de skal.

Forskere involvert i GHCN-databasen har selvsagt selv sjekket hvor stort utslag justeringene gjør, og ikke bare for et utvalg stasjoner.

For hele databasen S&K brukte (GHCN-M v.2) er trenden i justerte data bare 0,1 °C per århundre høyere enn i ujusterte over perioden 1901–2010, og det er nesten ingen forskjell siden 1951 .

Tabell 1 Justerte/ujusterte trender i GHCN-M v.2. Basert på Lawrimore mfl. 2011, tabell 4. Økningen er beregnet av trenden for justerte data over hele den angjeldende perioden.
Fra Til Ujustert Justert Lengde Økning over
(°C/årh) (°C/årh) (år) perioden (°C)
1901 2010 0,78 0,88 110 0,97
1951 2010 1,7 1,8 60 1,08
1981 2010 2,8 2,8 30 0,84

S&K beregner en global trend på 0,4–0,7 °C (ujustert/justert) over «siste 100 år». Det er uklart hvordan de beregner den, og over akkurat hvilken periode. Men hvis vi antar at det dreier seg om et arealvektet gjennomsnitt av landtemperaturer over en hundreårsperiode som 1911–2010 eller deromkring, slik at det er sammenlignbart med tallene over, får de både betydelig lavere trend og betydelig større trendjusteringer enn Lawrimore. S&K drøfter ikke forskjellen. Kanskje skyldes den en annen regnemåte, eller kanskje er ikke S&Ks utvalg av stasjoner veldig representativt for hele nettverket.

En virkelighetssjekk på tallene

Stort mer er det vanskelig å si uten mer informasjon om hva S&K har gjort, men vi kan ta en liten og helt uformell virkelighetssjekk: sammenligne S&Ks oppgitte resultat med forskjellige temperaturserier over land. Det kan alle gjøre med brukervennlige redskaper som er tilgjengelig på nett, f.eks. WoodForTrees.org, som jeg bruker her.

For at det skal være noen vits i, må seriene være i det minste delvis uavhengige av hva GHCN-M gjør. Det utelukker NOAAs serie, som bygger på GHCN. Jeg har tatt med CRUTEM4, selv om den bruker samme homogeniserte data som GHCN for USA . BEST, «klimaskeptikernes» egne globale temperaturserie, bruker ikke homogenisering i vanlig forstand i det hele tatt, de bruker «skalpellen»: Når datamaskinen finner et bruddpunkt, justerer den ikke måleserien, men kapper den i to . Satellittmålingene er dessverre kortvarige, og det er ikke akkurat overflatetemperaturen de måler, men de er uavhengige av bakkestasjoner og justeres for helt andre ting.

Temperaturer over land 1901–2010 (CRUTEM4, BEST) og 1981–2010 (RSS/land, UAH/land) via WoodForTrees.org.

Figur 1 Temperaturer over land 1901–2010 (CRUTEM4, BEST) og 1981–2010 (RSS/land, UAH/land) via WoodForTrees.org. Kurvene er glattet med 12 mnd løpende gjennomsnitt.

Figur 1 viser temperaturseriene jeg har brukt. Jeg har latt WoodForTrees regne ut lineære trender over forskjellige perioder, og viser dem som temperaturøkninger for hver periode i tabell 2, der de også sammenlignes med S&K.

Temperaturserier for land har en trend på ca. 1,0 °C per århundre fra 1911 (både CRUTEM4 og BEST), og drøyt 0,9 °C per årh. fra 1901; i begge tilfeller blir det en stigning på 1,0 °C over perioden. Det er like mye eller mer oppvarming enn Lawrimore mfl. finner i justerte data, som igjen er høyere enn det S&K finner.

Over land viser satellittseriene RSS og UAH nærmere 0,7 °C oppvarming over tredveårsperioden 1981–2010: mindre enn GHCN-M og de bakkemålte temperaturseriene, men likevel nesten like mye som hele hundreårsoppvarmingen til S&K.

Tabell 2 Temperaturendringer i °C over forskjellige perioder i justert GHCN-M v.2 (Lawrimore mfl. 2011) mot andre landtemperaturserier (woodfortrees.org).
Fra Til År S&K GHCN-M v.2 CRUTEM4 BEST RSS-land UAH-land
1901 2010 110 0,97 1,04 1,01
«Last 100 years» 100 0,76
1911 2010 100 0,98 0,97
1951 2010 60 1,08 1,08 1,14
1981 2010 30 0,84 0,87 0,84 0,66 0,66

Globale temperaturserier med både land og hav, derimot, viser utvilsomt en trend på 0,7–0,8 °C over denne perioden (hhv. HadCRUT4 og GISTEMP), men her er jo trenden over land spedd ut med den langsommere stigningen i havoverflatetemperaturer. Justeringene over land ville gjøre tilsvarende mindre utslag i trenden.

Sammenligningen tyder ikke bare på at oppvarmingen har vært omtrent (minst) like stor som GHCN-M viser. Den viser også at dersom S&Ks logikk hadde vært riktig, og dersom noe av den globale oppvarmingen kunne avskrives som feiljusteringer, måtte det være oppvarmingen i første halvdel av det 20. århundre, siden det er minimale justeringer i senere trender. Men den oppvarmingen tror «skeptikerne» gjerne passer inn i argumentene deres, så det spørs om de egentlig vil gi slipp på den.

PS

Jeg bør også nevne at den nye versjon 3 av GHCN-M, med den nye parvise homogeniseringsalgoritmen, faktisk har en forskjell på ca. 0,2 °C per århundre mellom ujustert og justert trend over 1901–2010. Trenden i rådataujusterte data er imidlertid knappe 0,1 °C lavere, så det er likevel liten endring i trend i justerte data fra versjon 2 til versjon 3. Forskerne vet ikke sikkert, men antar at forskjellen kan skyldes flytting av værstasjoner til flyplasser fra 1930-tallet .

Oppdatering 31.12.2014

Hm, jeg burde husket at det ikke er første gang Koutsoyiannis er på banen med kritikk som fagfolk finner amatørmessig. Se Gavin Schmidt, «Hypothesis testing and long-term-memory», RealClimate (2008).

Referanser

Én kommentar til “Justering av historiske temperaturmålinger

  1. Tilbakeping: Ukerevy (uke 18/2015) | Mot normalt

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *