Het instrumentele klimaatrecord is het culturele erfgoed van de mensheid, het resultaat van het ijverige werk van vele generaties mensen over de hele wereld. Echter, de veranderingen in de manier waarop de temperatuur wordt gemeten, evenals de omgeving waarin weerstations zich bevinden, kan valse trends produceren. Een internationale studie uitgevoerd door onderzoekers van de Universitat Rovira i Virgili (URV), het State Meteorology Agency en de Universiteit van Bonn (Duitsland) zijn erin geslaagd de meest betrouwbare methoden te identificeren die deze trends helpen corrigeren. Deze "homogeniseringsmethoden" zijn een belangrijke stap om de enorme inspanning van waarnemers om te zetten in betrouwbare gegevens over klimaatverandering. De resultaten van dit onderzoek, gefinancierd door het Spaanse Ministerie van Economie en Concurrentievermogen, zijn gepubliceerd in de Tijdschrift voor Klimaat van de American Meteorological Society.

Klimaatwaarnemingen gaan vaak meer dan een eeuw terug, zelfs voordat er auto's en elektriciteit waren. Door deze lange tijdsperioden is het praktisch onmogelijk om door de jaren heen dezelfde meetomstandigheden te handhaven. Het meest voorkomende probleem is de groei van steden rond stedelijke weerstations. We weten dat steden steeds warmer worden vanwege de thermische eigenschappen van stedelijke oppervlakken en de vermindering van verdampingsoppervlakken. Om dit te verifiëren, het is voldoende om stedelijke stations te vergelijken met nabijgelegen landelijke stations. Hoewel minder bekend, soortgelijke problemen worden veroorzaakt door de uitbreiding van geïrrigeerde gewassen rond observatoria.

De andere meest voorkomende reden voor vertekeningen in waargenomen gegevens is dat weerstations zijn verplaatst, onder andere, vanwege veranderingen in de waarnemingsnetwerken. "Een typische organisatieverandering bestond uit weerstations, die vroeger in steden was, worden overgebracht naar nieuw gebouwde luchthavens die observaties en voorspellingen nodig hadden, " legt Victor Venema uit, een klimatoloog uit Bonn en een van de auteurs van de studie. "Het weerstation in Bonn stond vroeger in een veld in het dorp Poppelsdorf, die nu een deel van de stad is en, nadat het een paar keer was verplaatst, het is nu op de luchthaven Keulen-Bonn, " hij zegt.

Wat de robuuste schatting van mondiale trends betreft, de belangrijkste veranderingen zijn technologisch, die gelijktijdig in een observatienetwerk worden gemaakt. "Op dit moment zitten we midden in een periode van veralgemeende automatisering van de observatienetwerken, ' zegt Venema.

De computerprogramma's die kunnen worden gebruikt voor het automatisch homogeniseren van klimaattijdreeksgegevens zijn het resultaat van meerdere jaren ontwikkeling. Ze werken door stations die dicht bij elkaar liggen te vergelijken en op zoek te gaan naar veranderingen die alleen in een van hen plaatsvinden, in tegenstelling tot klimaatveranderingen, die hen allemaal raken.

Om deze homogenisatiemethoden te onderzoeken, het onderzoeksteam genereerde een testbank waarin ze een reeks gesimuleerde gegevens verwerkten die op betrouwbare wijze de reeksen waargenomen klimaatgegevens imiteerden, inclusief de genoemde vooroordelen. Vandaar, de onechte veranderingen zijn bekend en ze kunnen worden bestudeerd om te bepalen hoe de verschillende homogenisatiemethoden ze kunnen corrigeren.

De gegenereerde testdatasets waren diverser dan die in eerdere onderzoeken en dat gold ook voor de echte netwerken van stations, vanwege verschillen in hoe ze werden gebruikt. De onderzoekers reproduceerden netwerken met zeer verschillende dichtheden van stations, omdat het in een dicht netwerk gemakkelijker is om een ​​kleine onechte verandering in één station te identificeren. De testdataset die in dit project is gebruikt, was veel groter dan in eerdere onderzoeken (in totaal 1, 900 weerstations werden geanalyseerd), waarmee de wetenschappers nauwkeurig de verschillen konden bepalen tussen de belangrijkste automatische homogenisatiemethoden die zijn ontwikkeld door onderzoeksgroepen in Europa en Amerika. Vanwege de grote omvang van de testdataset, alleen de geautomatiseerde homogenisatiemethoden konden worden getest.

De onderzoeksgroep ontdekte dat het veel moeilijker is om het geschatte gemiddelde klimaatsignaal voor een observatienetwerk te verbeteren dan om de nauwkeurigheid van de tijdreeksen van elk station te verbeteren.

In de resulterende classificatie de door URV en AEMET voorgestelde homogenisatiemethoden waren beter dan de andere. De methode die is ontwikkeld in het C3 Center for Climate Change van de URV (Vila-seca, Tarragona) van de Hongaarse klimatoloog Peter Domonkos bleek de beste te zijn in het homogeniseren van zowel de reeksen van individuele stations als de gemiddelde reeksen van het regionale netwerk. De AEMET-methode, ontwikkeld door de onderzoeker José A. Guijarro, zat heel dichtbij.

The homogenisation method developed by the National Oceanic and Atmospheric Administration of the United States (NOAA) was best at detecting and minimizing systematic errors in trends from many weather stations, especially when these biases were produced simultaneously and affected many stations on similar dates. This method was designed to homogenize data sets from stations the world over where the main concern is the reliable estimation of global trends.

The results of this study have demonstrated the value of large test data sets. "It is another reason why automatic homogenisation methods are important:they can be tested more easily and this helps in their development, " explains Peter Domonkos, who started his career as a meteorological observer and is now writing a book on the homogenisation of climate time series.

"The study shows the importance of very dense station networks in making homogenisation methods more robust and efficient and, daarom, in calculating observed trends more accurately, " says the researcher Manola Brunet, director of the URV's C3, visiting member of the Climate Research Unit of the University of East Anglia, Norwich, United Kingdom, and vice-president of the World Meteorological Organisation's Commission for Weather, Climate, Water and Related Environmental Services &Applications.

"Helaas, much more climate data still has to be digitalised for even better homogenisation and quality control, " she concludes.

Voor zijn deel, the researcher Javier Sigró, also from the C3, points out that homogenisation is often just the first step "that allows us to go to the archives and check what happened with those observations affected by spurious changes. Improving the methods of homogenisation means that we can do this much more efficiently."

"The results of the project can help users to choose the method most suited to their needs and developers to improve their software because its strong and weak points are revealed. This will enable more improvement in the future, " says José A. Guijarro from the State Meteorology Agency of the Balearic Islands and co-author of the study.

Previous studies of a similar kind have shown that the homogenisation methods that were designed to detect multiple biases simultaneously were clearly better than those that identify artificial spurious changes one by one. "Curiously, our study did not confirm this. It may be more an issue of using methods that have been accurately fitted and tested, " says Victor Venema from the University of Bonn.

The experts are sure that the accuracy of the homogenisation methods will improve even more. "Hoe dan ook, we must not forget that climate observations that are spatially more dense and of high quality are the cornerstone of what we know about climate variability, " concludes Peter Domonkos.