Temperaturverzerrungen aufgrund der Örtlichkeit der Messungen am Königlich Niederländischen Meteorologischen Institut KNMI

„Dies ist ein komplizierender Faktor für die Homogenisierung der täglichen Temperaturreihen”. Auf WUWT fanden sich zuerst Beiträge über Vorgänge am KNMI in De Bilt, und zwar im Oktober 2009 (hier). Um diese Zeit bekamen Dr. Pielke Senior und ich Zugang zu einem vorläufigen Bericht (hier) des Ortes der Messstation und daraus sich ergebende Probleme mit Verzerrungen in De Bilt, aber wir haben uns entschlossen, bis zum Erscheinen des endgültigen Berichtes zu warten, bevor wir uns dazu zu Wort melden. Warum ist diese Station so wichtig? Weil rein zufällig diese Station die Einzige im Bereich des KNMI ist, die in NASA GISSTEMP eingeht, und jetzt hat sich herausgestellt, dass es Probleme hinsichtlich der Position dieser Messstelle gibt.

Die Angelegenheit wurde zur Hauptnachricht auf allen  Titelseiten der Medien, weil die KNMI Klimadaten von einem privaten Anbieter meteorologischer Leistungen in Frage gestellt worden waren, weil sie immer zu warm waren:

Wetterexperten der Firma Meteo Consult mit Zentrale in Wageningen haben jahrelang ihr Misstrauen bekundet, weil die Messungen in De Bilt immer ein wenig wärmer waren als im 16 km entfernten Cabau, wo es ebenfalls ein Thermometer des KNMI gibt. Die Lage beider Standorte kann Meteo Consult zufolge diesen Unterschied von einem halben Grad Celsius nicht erklären. Außerdem wurde nicht berücksichtigt, dass die Station De Bilt in einer Umgebung mit viel stärkerer Bebauung liegt und damit wärmer ist als die Umgebung von Cabau bei Ijsselstein.

Link: http://wattsupwiththat.com/2011/05/18/temperature-related-siting-bias-at-the-dutch-meteorlogical-institute/

Oben: Temperaturplot von GISS für die Station De Bilt KNMI – man beachte die Stufenfunktion.

Zugunsten von KNMI muss man sagen, dass man dort eine umfangreiche Parallelstudie durchgeführt hat, um die Größenordnung der Auswirkungen durch Änderungen des Aufstellortes zu ermessen. Die Ergebnisse und die Schlussfolgerung daraus zeigen sehr deutlich, dass die Örtlichkeit sehr wohl von Bedeutung ist.

Dr. Roger Pielke Sr. schreibt:

Important New Report “Parallel Air Temperature Measurements At The KNMI observatory In De Bilt (the Netherlands) May 2003 – June 2005? By Theo Brandsma

(Übersetzung des Links: Wichtiger neuer Bericht: „Parallele Messungen der Lufttemperatur am KNMI-Observatorium in De Bilt (Niederlande) von Mai 2003 bis Juni 2005“ von Theo Brandsma)

Es gibt einen wichtigen und dringend benötigten Zusatz zur wissenschaftlichen Literatur hinsichtlich unserer Schlussfolgerungen in:

Fall, S., A. Watts, J. Nielsen-Gammon, E. Jones, D. Niyogi, J. Christy, and R.A. Pielke Sr., 2011: Analysis of the impacts of station exposure on the U.S. Historical Climatology Network temperatures and temperature trends. J. Geophys. Res., in press. Copyright (2011) American Geophysical Union.

Darin beschreiben wir, dass die Örtlichkeit einer Klimareferenzstation sehr wohl eine Rolle spielt hinsichtlich langzeitlicher Temperaturtrends und –anomalien. Dieser neue Bericht heißt:

Parallel air temperature measurements at the KNMI observatory in De Bilt (the Netherlands) May 2003 – June 2005
(16 MB PDF von der Site des KNMI – einen alternativen, schnelleren Download gibt es hier: KNMI_DeBilt_WR2011-01)

Die Zusammenfassung lautet wie folgt (Hervorhebung von mir {Watts}):

Die Messungen der Lufttemperatur am KNMI-Observatorium in De Bilt sind wichtig, hauptsächlich weil es dort eine lange und relativ homogene Reihe gibt und weil dessen Beobachtungen häufig als Indikator für Änderungen des Klimas in den Niederlanden als Ganzes dienen. Unter Anderem beeinflussen örtliche Verlegungen der Station sowie (graduelle) Änderungen der Umgebung die Messungen. Um die Homogenität der langfristigen Temperaturaufzeichnungen zu verbessern und um die Repräsentativität der jüngsten Messungen zu untersuchen, wurde ein Programm mit Parallelmessungen vom KNMI in De Bilt durchgeführt, und zwar von Mai 2003 bis Juni 2005.

Fünf Messorte am KNMI-Observatorium einschließlich des (zu jener Zeit) operationellen Messortes WMO 06260 (im Folgenden DB260) wurden mit identischen (operationellen) Instrumenten zur Messung von Temperatur und Windgeschwindigkeit in einer Höhe von 1,5 m ausgerüstet. Die Instrumente wurden jedes halbe Jahr kalibriert, und die Kalibrierungskurven wurden für die Korrektur der Daten genutzt, um Instrumentenfehler zu minimieren. Mit den Messungen an der Test4-Station (operationell seit September 2008) als Referenz wurden die Temperaturunterschiede zwischen den Stationen in Zusammenhang der lokalen Windgeschwindigkeit und deren Differenzen sowie den operationell gemessenen Wettervariablen am KNMI-Observatorium untersucht. Im September/Oktober 2004 wurde das Gebiet westlich von DB260 in einen Landschaftspark umgestaltet. Seit 1999 veränderte sich das Gebiet allmählich von Grasland in eine vernachlässigte Landschaft mit Büschen (Ödnis). Die Parallelmessungen boten die Möglichkeit, die Auswirkungen dieser neuen Inhomogenität im Detail zu untersuchen.

Die Ergebnisse zeigen, dass Veränderungen der Umgebung die Korrektur von Messungen der Vergangenheit  aufgrund von aktuellen Messungen kompliziert oder erschwert. Zum Beispiel sorgte das (vertikale) Wachstum der Büsche in der Ödnis westlich von DB260 für zunehmende Temperaturdifferenzen zwischen der operationellen Station DB260 und benachbarten Stationen. Am deutlichsten zeigten sich die Auswirkungen im trockenen Sommer 2003, als die mittleren monatlichen Maxima der Temperatur bis zu 0,4°C höher lagen als an der Referenzstation Test4. Diese Zunahme wurde mehr als kompensiert durch eine Abnahme der mittleren monatlichen Minima bis zu 0,6°C. Nach der Neugestaltung der Ödnis verringerten sich die Gegensätze zwischen DB260 und Test4 bis zu nahe Null (< 0,1°C). Der Vergleich von DB260 mit vier benachbarten Stationen zeigte, dass die Neugestaltung die Temperaturdifferenzen von vor 1999 in gewisser Weise wieder herstellte. Jedoch wurde die Landschaft westlich von DB260 permanent verändert (kein Grasland wie zwischen 1951 und 1999, sondern ein Landschaftspark mit Seen). Dadurch wurden die Messungen an DB260 problematisch, und KNMI entschloss sich, die operationelle Station im September 2008 zum Messort Test4 zu verlegen. Die Test4-Station ist die am freiesten gelegene Station der fünf in der Studie untersuchten Standorte.

Die Ergebnisse vergrößern unser Verständnis von Temperaturdifferenzen zwischen verschiedenen Messorten. Einer der wichtigsten Gründe für diese Unterschiede liegt in der unterschiedlichen Abschirmung (sheltering) der Messorte. Eine Abschirmung begünstigt die Bildung einer nächtlichen stabilen Grenzschicht, behindert die langwellige Ausstrahlung, lässt die Wetterhütte in den Stunden nach Sonnenaufgang und vor Sonnenuntergang im Schatten liegen und steigert den Strahlungsfehler der Wetterhütten wegen der verringerten natürlichen Ventilation. Abhängig von Grad und Natur der Abschirmung kann die letztendliche Auswirkung eine Temperaturzu- oder –abnahme sein. DB260 ist ein Messort, wo die Abschirmung zu einer Abnahme der Mitteltemperatur führt (vor der Neugestaltung). Der frühere historische Messort Test1 ist ein Beispiel für eine Temperaturzunahme. Die monatliche mittlere Minimumtemperatur am Messort Test1 liegt um 1,2°C höher als der Referenzwert, und die Höchsttemperatur ist bis zu 0,5°C höher als am Messort Test4. Die Mitteltemperatur an Test1 liegt jedoch nur wenig höher als das Mittel an Test4. Ursache hierfür sind die relativ niedrigen Temperaturwerte in den Stunden nach Sonnenaufgang und vor Sonnenuntergang, wenn sich die Hütte von Test1 im Schatten befindet. Sowohl die Station Test1 als auch Test4 sind möglicherweise von der Neugestaltung nicht betroffen.

Die Neugestaltung der Ödnis führte nicht nur zu einer Verschiebung des Messpunktes und der täglichen Temperaturdifferenzen, sondern auch zu einer Veränderung von deren Ausprägung. Dies bedeutet, dass es zur Homogenisierung der täglichen Temperaturreihen nicht ausreichend ist, nur das Mittel zu korrigieren.

Wir haben gezeigt, dass die Größenordnung der Temperaturunterschiede zwischen den verschiedenen Messorten stark abhängig ist von der Windgeschwindigkeit und der Bewölkung. Im Allgemeinen nehmen die Unterschiede bei abnehmender Windgeschwindigkeit und zurückgehender Bewölkung zu. Veränderungen der Messorte beeinflussen direkt die Windgeschwindigkeit, weil sie normalerweise mit Änderungen in der Wetterhütte einhergehen. Einige Auswirkungen, wie die Ausbildung und der (teilweise) Zusammenbruch einer stabilen oberflächennahen Grenzschicht sind hochgradig nicht-lineare Prozesse und daher schwer zu modellieren. Die Tatsache, dass diese Prozesse bei geringer Windgeschwindigkeit (<1.0 m/s in einer Höhe von 1,5 m) am besten  ausgeprägt sind, kompliziert die Modellierung noch mehr. Reguläre Schalensternanemometer sind nicht wirklich in der Lage, geringe Windgeschwindigkeiten zu messen. Operationell haben diese Anemometer einen Schwellenwert um etwa 0,5 m/s, und diese grenzwertige Windgeschwindigkeit nimmt oft mit der Zeit, in der das Anemometer im Feld ist,  zu. Außerdem befinden sich die Anemometer meistens in einer Höhe von 10 m, und die Windgeschwindigkeit in Höhe der Wetterhütte ist schwach. Dies kompliziert die Homogenisierung täglicher Temperaturreihen.

Link: http://wattsupwiththat.com/2011/05/18/temperature-related-siting-bias-at-the-dutch-meteorlogical-institute/

Übersetzt von Chris Frey für EIKE

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4 Kommentare

  1. In english, sorry:

    at my website http://www.klimaatgek.nl/cms/?De_feiten:Temperatuur_De_Bilt

    I have examined the way GISS did the homogenisation job for De Bilt, and the way Dutch KNMI did the same job. To see what GISS did to the raw signal I made a GIFF animation of the situation of the raw data, the homogensation of january 2010 and the homogenisation of october 2010. Just look at it and be suprised! I could not retrieve the way GISS did that and why. Just was able to retrieve the step homogenisation of january 2010.

    Compared with the GISS method the homogenisation of KNMI is a model of accuracy.

    At the right top of the site you can choose a language, which will lead to a rickety translation.

  2. Alle terrestrischen Messstationen:

    So, und möchte ich ähnlich detaillierte Analysen (wie im ogigen Artikel) von allen terrestrischen Messstationen sehen (wovon etwa die Hälfte allein in den USA stehen).

    Und eine kritische Würdigung von EIKE der Methode der Temperaturmessungen von über 70% der Erdoberfläche (über den Weltmeeren) wäre mindestens ebenso interessant. Anekdotisch heisst es da zum Beispiel, dass Matrosen auf irgendwelchen Schiffen (die auf Handelsrouten unterwegs sind) einen Eimer in das Meer hinabsenken, Meerwasser schöpfen und dann mit irgendeinem Zufallsthermometer die Wassertemperatur im Wassereimer messen. Der Messwert geht dann an die NASA, die wochenlang Korrekturen aller originären Messwerte vornimmt und dann grossspurig globale Mittelwertstemperaturen generiert („Smoking Gun“ von Hansen).

    Noch unglaublicher ist die Tatsache, dass über ganzen Grids der Erdüberfläche (5×5 Grad, ca. 200’000 km2) überhaupt keine Temperaturmessungen vorgenommen werden, dafür von benachbarten Grids her aber Extrapolationen über die in den nicht gmessenen Grids herrschenden Temperaturen gemacht werden, die dann als „gemessene“ Temperaturen verkauft werden.

    Es wäre einmal auch sehr interessant, von EIKE eine minutiöse Auflistung des Schicksals der terrestrischen Standorte von Temperaturmessstationen zu erhalten, folgenden Inhalts: Wie lange besteht ein bestimmter Temperaturmessstandort, in welchem Umfang gehen Daten in die Globaltemperaturmessung ein, etc. Wie man so weiss, ändern sich die Standorte ja permanent … (eine wahrhaft hochwissenschaftliche experimentelle Anordnung …)

  3. „Fall, S., A. Watts, J. Nielsen-Gammon, E. Jones, D. Niyogi, J. Christy, and R.A. Pielke Sr., 2011: Analysis of the impacts of station exposure on the U.S. Historical Climatology Network temperatures and temperature trends. J. Geophys. Res., in press. Copyright (2011) American Geophysical Union.“

    Gibt es dazu eigentlich auch eine Übersetzung? Da gibt es endlich die lang erwartete Veröffentlichung der Ergebnisse des Surface-Stations-Projektes und keinen Artikel dazu hier? Wer es verpasset hat: „The long awaited surfacestations paper“ http://preview.tinyurl.com/3r5v8zu

    Wenn man das gelesen hat, weiss man, worauf sich das „wichtigen und dringend benötigten Zusatz“ bezieht.

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