Dimming en brightening getest met BEST databestand

Het BEST verhaal

Inleiding

In het vorig onderzoek hebben we zowel brightening en dimming onderzocht en gekeken in hoe verre de simulaties overeenkomen met de waarneming. Daarbij heb ik moeten vaststellen dat het toen gebruikte databestand niet ver genoeg terug gaat in de tijd om zowel brightening als wel dimming te kunnen vergelijken. Vandaar de noodzaak om op zoek te gaan naar een ander databestand. Daarbij kwam ik uit op het project Berkely Earth Surface Temperature afgekort tot BEST.

In dit artikel gaan we kijken of het met data van BEST wel mogelijk is om zowel over de deelperiode van dimming als wel over de deelperiode van brightening de simulaties te kunnen vergelijken met de werkelijkheid.  De data reeks van BEST loopt voor de gemiddelde, de maximum en de minimum temperatuur van 1850 tot heden. De periode is lang genoeg. De omslag in het verschil tussen dag en nacht is ook met behulp van dit databestand aangetoond. Het lijkt voor de hand te liggen om hier mee aan de slag te gaan. Een mogelijk nadeel is dat het databestand alleen geldt voor het land en niet voor de oceanen. Het oppervlakte van het land is slechts zo’n 30% van het totale oppervlakte van de Aarde. Het is dus maar de vraag of dit data bestand geschikt is voor mijn onderzoek. Dit is een kwestie van uitproberen. Dat is onderzoek heel vaak, trial and error. We zien wel waar het schip strand. Meestal in het zicht van de veilige haven. Het is niet anders. Dit artikel is een vervolg op de beide vorige artikelen; “Waarom neemt het verschil tussen dag en nacht toe?” En “Brightening vooraf gegaan door dimming.”

Het BEST data bestand

Het bestand komt voort uit het project Berkely Earth Surface Temperature afgekort tot BEST. Er was veel kritiek op de bestaande tijdreeksen over de opwarming van de Aarde. Vooral over het weglaten van tal van weerstations. Hierop besloot men het onderzoek eens grondig over te doen waarbij deze keer de data van alle beschikbare weerstations werd gebruikt. De resultaten wijken nauwelijks af van de andere tijdreeksen. De data bleek het probleem niet. Het probleem bleek de bereidheid om aan te nemen dat de Aarde opwarmt en dit door de mens veroorzaakt is en dat dit geen goed nieuws is. De door mij gebruikte databestanden zijn jaarcijfers voor anomalieën van de gemiddelde temperatuur, de maximum temperatuur en de minimum temperatuur. Ze hebben alle drie de zelfde basisperiode van 1951 tot en met 1980 en alle drie hebben de gemiddelde temperatuur weer gegeven voor de basisperiode. Hierdoor is het mogelijk om een databestand te maken van 1850 tot heden met daarin alle vier temperatuur karakteristieken. Met behulp van dit databestand kunnen we zowel voor de periode van dimming als wel voor die van brightening een vergelijking maken tussen de simulaties en de waarneming. Met behulp van dit databestand kunnen we ook kijken of er nog meer omslagpunten zijn en dus nog meer deelperioden hebben bestaan die verklaard dienen te worden. De enige beperking is dat het databestand uitsluitend gemiddelde jaarcijfers geeft voor weerstations op het land. De oceanen die circa 70% van het oppervlakte van de Aarde uitmaken blijven buiten beschouwing. Is dit een probleem? Om deze vraag te kunnen beantwoorden laat ons eens een blik werpen op het volgende plaatje;

iozy2h

Figuur 1 – Seizoenspatronen globaal, land en oceanen

Dit plaatje geeft de seizoenspatronen weer maar het is ook bruikbaar voor de dag en nacht patronen. De rode lijnen tussen 2 en 14 graden geven de schommelingen weer van het land. Deze hebben een heel grote uitslag. De blauwe lijnen rond de 16 graden geven de schommelingen weer voor de oceanen. Deze laten heel kleine schommelingen zien. Omdat er veel meer oceaan dan vasteland is zijn de globale schommelingen groter dan de oceanen maar een stuk kleiner dan die van het land. Ze liggen in het bereik van 12 tot 16 graden. De gevoeligheid voor seizoensinvloeden zijn voor het land veel groter dan voor de oceaan of globaal. Eigenlijk zijn landtemperaturen veel geschikter om veranderingen over de tijd weer te geven dan de  globale tijdreeks. Deze seizoenspatronen komen tot stand omdat de continenten niet gelijkmatig verdeeld zijn over de Aarde. Als je neerkijkt op de Noordpool zie je een kleine oceaan omringt met grote continenten en als je naar de Zuidpool opkijkt zie je een klein continent omringt door grote oceanen. Daardoor krijg je veel grotere seizoenspatronen op het noordelijk halfrond dan op het zuidelijk halfrond. Hier door zie je dus dit patroon van de seizoenen. De schommelingen van het dag nacht patroon laten een soortelijk patroon zien met grote schommelingen voor het vasteland. Het land is veel gevoeliger voor iedere vorm van verandering en dus is het waarschijnlijker geschikter voor ons onderzoek dan globale tijdreeksen voor de temperatuur. We gaan met deze data aan de slag en zien wel waar we uitkomen. Maar eerst een kleine beschrijving van het databestand dat ik heb aangemaakt. Het bestaat uit de gemiddelde temperatuur, de maximum temperatuur, de minimum temperatuur en het verschil tussen beiden van 1850 tot heden. Een korte beschrijving er van is te zien  in de onderstaande tabel;

best-stat-temp-karakt

Tabel I – Temperatuur karakteristieken van BEST

De gemiddelde temperatuur van het land ligt een stuk lager dan het globale gemiddelde. Het verschil tussen dag en nacht is een stuk groter dan dat dit globaal is. Het land is veel gevoeliger voor veranderingen en dus in principe veel geschikter voor ons onderzoek. Het geheel komt prima overeen met de theorie van het versterkt broeikaseffect. Deze theorie zegt dat door toename van het gehalte van broeikasgassen zoals CO2 het warmer wordt op Aarde maar dat het ‘s-nachts warmer wordt dan overdag waardoor het verschil tussen dag en nacht kleiner wordt. Dit lijkt goed te kloppen. Maar dit is voor de hele periode van 1850 tot heden. Het is in elk geval niet waar voor de periode van 1987 tot 2012. Toen werd het verschil tussen dag en nacht juist weer groter. Het waarom er van willen we onderzoeken met behulp van simpele simulaties.

Het onderzoek

Om de simulaties te toetsen aan de waarneming dienen we deze eerst aan te passen voor het veel grotere verschil tussen de maximum en de minimum temperatuur. Dat is opnieuw een kwestie van fine tuning. Door trial and error kom je tot een redelijke mix van mechanismen. De volgende tabel geeft het resultaat weer van deze fine tuning voor zowel de deelperiode van dimming van 1962 tot 1987 en voor de deel periode van brightening van 1987 tot heden;

mix-dim-bright

Tabel II – Mix van mechanismen voor dimming en brightening

De factoren dienen groter te zijn want het verschil tussen dag en nacht is ook een stuk groter dan voor de analyse van de globale data. Het versterkt broeikaseffect is voor beide perioden gelijk. Brightening is sterker dan dimming. Dit is nodig om het verschil tussen dag en nacht voor deze mix groter te laten worden. Het blijft een kwestie van uit proberen. Deze mix lijkt redelijk goed te kloppen. Laat ons eerst voor de beide deelperioden weer hoe goed de simulaties overeen komen met de waarneming en dan gaan kijken naar de hele periode van 1962 tot heden. De resultaten zijn weergegeven in de onderstaande tabellen. Als eerste de deelperiode van dimming(1962-1987) waar we uitgaan van een combinatie van versterkt broeikaseffect en dimming. De tabel ziet er als volgt uit;

tab-dim-deel

Tabel III – Deelperiode dimming(1962-1987)

De tekens kloppen en de resultaten van de simulaties komen in de richting. Er is een groot verschil voor de minimum temperatuur en daardoor ook voor het verschil tussen minimum en maximum  maar de gemiddelde temperatuur klopt heel aardig. Het kan er mee door maar houdt niet over. Laat ons eens kijken naar de deelperiode van brightening(1987-2012). Deze tabel ziet er als volgt uit;

tab-deel-bright

Tabel IV – Deelperiode brightening(1987-2012)

Ook hier kloppen de tekens en komt de simulatie redelijk goed overeen met de waarneming. Ook hier is er een verschil voor de minimum temperatuur. Waarom dit zo afwijkt weet ik niet. Het gaat echter om het totale plaatje en dat klopt best wel aardig en daar gaat het tenslotte om. Nu resteert alleen nog een blik op de hele periode van dimming en brightening(1962-2012). Deze tabel ziet er als volgt uit;

tab-heel-periode

Tabel V – De hele periode (1962-2012)

De overeenkomst van de simulaties met de waarneming is over de hele periode een stuk beter dan over de deelperioden van dimming en brightening. Het lijkt er op dat de simulaties redelijk goed overeenkomen met de waarneming maar dat de fine tuning wel wat beter had gekund. Maar het is niet het doel om de best overeenkomende fine tuning te vinden maar om uit te zoeken of het mogelijk is om met heel simpele simulaties weer te geven hoe de opwarming van de Aarde de afgelopen decennia is verlopen. En dat lijkt goed te lukken. Eigenlijk veel beter dan verwacht. Er is echter een aspect dat niet overeen lijkt te komen. De simulaties laten een exponentiële opwarming van de aarde zien en de data lijkt dit niet weer te geven. Dit wordt duidelijk als we de volgende figuren bekijken;

delta-t-gem-min-max

Figuur 2 – De delta’s van de temperaturen van 1850 tot heden

Voor dit figuur is wat uitleg nodig. Het is simpele wiskunde. Als de opwarming van de Aarde lineair verloopt over de tijd kun je dit voorstellen als een lijn in de vorm van de volgende functie; Temperatuur(tijd) = a * tijd + b. Waarbij a de hellingshoek is van de lijn en b de waarde is voor het begin van de tijdreeks. Als je deze lijn differentieert  naar de tijd krijg je d(temperatuur)/d(tijd) = a. Het is een horizontale lijn die aangeeft dat de hellingshoek van de lijn constant blijft over de tijd. Dit geldt voor zuivere wiskunde maar voor echte data komt dit nooit zo precies uit. Het gaat erom dat de term a klein genoeg om te kunnen zeggen dat het nagenoeg nul is en de lijn dus vlak. Dat lijkt vrij goed overeen te komen als we kijken naar de lineaire regressielijnen van de delta’s voor de temperaturen. Waar je kunt differentiëren kun je ook integreren met functies. Omdat de delta’s niet precies nul zijn kun je er de volgende vergelijking uit halen; d(temperatuur)/d(tijd) = a*tijd + b. Als je dit terug integreert naar een functie voor de temperatuur over de tijd krijg je de volgende functie; Temperatuur(tijd) = a * tijd * tijd + b * tijd + c. Waarbij c gelijk is aan de beginwaarde van de tijdreeks. Dit geeft ons dus twee regressievergelijkingen die we kunnen uitproberen voor de temperaturen. We beperken ons ter wille van het overzicht tot de ontwikkeling van de gemiddelde temperatuur over de tijd en proberen uit te zoeken of de opwarming van de Aarde lineair of exponentieel is verlopen. Dit levert het volgende figuur op;

toets-lin-exp-t-gem

Figuur 3 – toets hoe de opwarming van de Aarde is verlopen

Het lijkt er op dat de opwarming van de Aarde sinds 1850 voor het vaste land lineair is verlopen. Het regressiemodel met een exponentieel verloop van de opwarming gaat steeds meer afwijken over de tijd. Hoe is dit te verklaren dat de simulaties het op dit vlak redelijk laten afweten? Een reden kan zijn dat ik in de simulaties de effecten van dimming, brightening en versterkt broeikaseffect voor alle jaren van de deelperioden even sterk laat zijn en dit is niet erg realistisch. Men mag aannemen dat dimming geleidelijk tot stand komt en ook brightening niet van het ene jaar op het andere plaats vindt. Ook zou men kunnen overwegen om niet langer te werken met twee afzonderlijke simulaties voor dimming en brightening maar slecht een waarin brightening wordt weergegeven als een vorm van negatieve dimming. Je krijgt dan een enkele periode met in de eerste helft dimming die steeds sterker wordt, een maximum bereikt in 1987 en dan steeds zwakker wordt. Als we het versterkt broeikaseffect over de hele periode gelijk houden zou deze simulatie misschien een beter beeld geven van de werkelijke ontwikkeling over de periode 1962 tot 2012. Het valt te proberen. Maar dat is iets voor een andere keer.

Voor het verschil tussen dag en nacht vindt ik slechts twee buigpunten. Het eerste buigpunt is 1987. In dat jaar neemt het verschil tussen dag en nacht weer toe na lange tijd af genomen te zijn. Dit kan zoals aangetoond heel goed verklaard worden door aan te nemen dat er een heel sterk effect van het mechanisme van brightening plaatsvond. Er lijkt ook een buigpunt te zijn in 2012. Het verschil tussen dag en nacht wordt dan weer kleiner. Is brightening hier uitgewerkt? Schoner dan schoon kan de lucht niet worden. Voor de gemiddelde temperatuur vind ik heel andere buigpunten. Er zijn duidelijke buigpunten in 1943 en 1972. Tussen 1943 en 1972 is er iet of nauwelijks meer sprake van opwarming van de Aarde. Dit kan heel goed verklaard worden door het mechanisme van dimming. Maar hoe verklaren we dat de buigpunten van de gemiddelde temperatuur heel anders zijn dan die van het verschil tussen dag en nacht. Ik weet het niet of we hier al te veel waarde aan moeten hechten. Klimaatstudies gaan over klimaat en dat is het gemiddelde weer over een periode van 30 jaar die steeds 10 jaar opschuiven. Als ik kijk naar de data van BEST dan zie ik dat de tijdreeks van de gemiddelde temperatuur al in 1750 begint. Als ik hier klimaatperioden van maak met een gemiddelde voor elke periode krijg ik 25 klimaatperioden. Daar heb ik ik een grafiek van gemaakt die er als volgt uit ziet;

klimaat-t-gem-best-1750

Figuur 4 – Gemiddelde temperatuur BEST land data per klimaatperiode

Over de periode van 1750 tot 1825 is er een daling van de gemiddelde temperatuur van 0,002°C/j. Vanaf 1825 tot heden is er een stijging van de gemiddelde temperatuur van 0,010°C/j. De daling van de BEST data voor 1825 komt overeen met de dalingen die we zagen in de data van Hadcrut die gebruikt is in het artikel “reconstructie van de temperatuur anomalie uit antropogeen CO2”. De stijging vanaf 1825 komt weer prima overeen met de stijging over de hele periode van Hadcrut. Hadcrut loopt vanaf 1850. Dus dit lijkt ook aardig te kloppen. De opwarming van de Aarde over de langere termijn is 0,010°C/j. Het is alleen over de periode van 1975 tot heden dat dit versneld en dit komt omdat dan ook het mechanisme van brightening meespeelt die voor de versnelling zorgt. Maar dit mechanisme is een keer uitgewerkt. Op een gegeven moment is de lucht schoon en schoner dan schoon kan nu eenmaal niet. Dan zou het tempo van de opwarming weer terug kunnen vallen naar het tempo van de lange termijn. Maar of dit gebeurd of wanneer is een andere zaak. De lucht is nog lang niet zo schoon dat er niets meer aan verbeterd kan worden.

Conclusies

De data van het BEST project zijn prima bruikbaar. Ze zijn alleen beschikbaar voor het land maar dat hoeft geen bezwaar te zijn. Het verschil tussen dag en nacht voor het land is een stuk hoger dan globaal. Het land is gevoeliger voor veranderingen dus ook voor de mechanismen waar we hier mee spelen. De resultaten van de simulaties komen goed overeen met de waarneming. Het enige verschil is dat de simulaties een exponentiële toename van de opwarming van de Aarde laten zien terwijl de data aangeeft dat dit lineair verloopt. Dit is de voornaamste afwijking tussen de simulaties en de waarneming. Wat ook opvalt is dat de buigpunten voor het verschil tussen dag en nacht niet samen vallen met die van de gemiddelde temperatuur. Waarom dit zo is weet ik niet. In hoe verre dienen we hier aandacht aan te geven? Er lijkt sprake te zijn van een versnelling van het tempo van de opwarming over de laatste 45 jaar. Maar of dit stand houdt is afwachten. Misschien zijn de simulaties te eenvoudig en dien je ze beter in overeenstemming met de waarneming te brengen dat processen als dimming en brightening niet van de ene dag op de andere hebben plaats gevonden maar meer geleidelijker. Misschien dat je dan betere resultaten krijgt. Dat valt nog te bezien. Dat is iets voor een andere keer.

Literatuurlijst

Berkeley Earth Surface Temperature

Wikipedia – BEST

Brightening vooraf gegaan door dimming

Waarom neemt het verschil tussen dag en nacht toe?

Reconstructie van de temperatuur anomalie uit antropogeen CO2

 

 

 

 

Over Raymond Horstman

Onderzoeker, analist, schrijver. Havo B-pakket, HBO analytische chemie en propedeuse Bestuurskunde aan de Universiteit van Twente. Een brede belangstelling in algemene zaken en een bijzondere interesse in klimaatstudies. Mijn woonplaats wordt door een bekend schrijver die er gewoond heeft omschreven als het "onliefelijk stadje E.". Een bekend dichter had het over het einde van de spoorlijn. Het is een fijne stad om in te wonen. Kort samengevat: E. heeft het!
Dit bericht werd geplaatst in artikel en getagged met , , , . Maak dit favoriet permalink.

4 reacties op Dimming en brightening getest met BEST databestand

  1. Pingback: De opwarming van de Aarde | Raymond FANTASTische Horstman

  2. Pingback: Overzicht van de nieuwe serie artikelen | Raymond FANTASTische Horstman

  3. Pingback: Deel 7 – De simulaties en verklaring voor opwarming | Raymond FANTASTische Horstman

  4. Pingback: Deel 8a – De vier seizoenen – model en dataverzameling | Raymond FANTASTische Horstman

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.