Dr. Roy Spencer, Ph. D.
In Teil I [in deutscher Übersetzung hier] habe ich die Landsat-satellitengestützten Messungen der Verstädterung in der Umgebung der Temperatur-Messstationen des Global Historical Climate Network (GHCN) gezeigt. Nahezu alle GHCN-Stationen haben eine Zunahme der von menschlichen Siedlungen bedeckten „bebauten“ Strukturen (BU) verzeichnet.
Als Beispiel für dieses Wachstum ist hier die 40-jährige Veränderung der BU-Werte (die von 0 bis 100 % reichen) bei einer räumlichen Auflösung von 1 km über dem Südosten der Vereinigten Staaten dargestellt:
Abb. 1. Die 40-jährige Veränderung der Urbanisierung über dem Südosten der USA zwischen 1975 und 2014.
Wie hat sich diese Veränderung der Verstädterung an den über die Welt verteilten GHCN-Stationen ausgewirkt? Abb. 2 zeigt, wie die Verstädterung im Durchschnitt über 19.885 GHCN-Stationen von 20N bis 82,5N Breite bei verschiedenen räumlichen Mittelungs-Auflösungen der Daten zugenommen hat:
Abb. 2. Durchschnittliche vierzigjährige Veränderung (1975 bis 2014) der Landsat-basierten Urbanisierungswerte (BU) über 19.885 GHCN-Stationen von 20N bis 82,5N bei fünf verschiedenen Mittelungsskalen der 1 km BU-Daten.
KEINE der 19.885 GHCN-Stationen verzeichnete ein negatives Wachstum, was nicht sonderlich überraschend ist, da dies eine Beseitigung menschlicher Siedlungsstrukturen im Laufe der Zeit erfordern würde. Bei allen folgenden Analysen verwende ich die 21×21 km großen Durchschnittswerte der BU, die auf die Standorte der GHCN-Stationen zentriert sind.
Wie wirkt sich nun die auf diese Weise gemessene Verstädterung auf die GHCN-Temperaturen aus? Und insbesondere auf die Temperaturtrends, die zur Überwachung der globalen Erwärmung verwendet werden?
[Hervorhebung im Original]
Während wir alle wissen, dass städtische Gebiete wärmer sind als ländliche Gebiete, insbesondere nachts und im Sommer, führt eine zunehmende Verstädterung zu einer falschen Erwärmung an den GHCN-Stationen mit Wachstum (was die Mehrheit von ihnen ist)?
Und selbst wenn dies der Fall wäre, werden durch das Homogenisierungsverfahren, welches die NOAA zur Korrektur von falschen Temperatureffekten verwendet, die Auswirkungen der städtischen Wärmeinsel (UHI) auf die gemeldeten Temperaturtrends (auch nur teilweise) entfernt?
John Christy und ich sind diesen Fragen nachgegangen, indem wir den GHCN-Temperaturdatensatz (sowohl die unbereinigte als auch die bereinigte [homogenisierte] Version) mit diesen Landsat-basierten Messungen menschlicher Siedlungsstrukturen verglichen haben, die ich einfach „Urbanisierung“ nennen werde.
Folgendes habe ich bisher herausgefunden:
Die stärkste UHI-Erwärmung bei zunehmender Verstädterung tritt an nahezu ländlich gelegenen Stationen auf.
Wie Oke (1973) und andere gezeigt haben, ist der städtische Wärmeinseleffekt stark nichtlinear, wobei (zum Beispiel) eine 2 %ige Zunahme der Verstädterung an ländlichen Standorten eine viel stärkere Erwärmung bewirkt als eine 2 %ige Zunahme an einem städtischen Standort. Das bedeutet, dass ein Datensatz zur Klimaüberwachung der hauptsächlich ländliche Stationen verwendet, nicht vor einer ungewollten Erwärmung durch die schleichende Verstädterung gefeit ist, es sei denn, es hat absolut kein Wachstum stattgefunden.
Abb. 3 zeigt beispielsweise die Empfindlichkeit der (absoluten) GHCN-Temperaturen gegenüber einer zunehmenden Verstädterung in verschiedenen Klassen der Verstädterung, basierend auf weit über 1 Million Stationspaaren, die weniger als 150 km voneinander entfernt sind:
Abb. 3. Berechnete durchschnittliche Temperaturveränderung in Abhängigkeit von der Verstädterung (BU) in BU-Durchschnittswerten von 0-2%, 2-5%, 5-10%, 10-20%, 20-30%, 30-40%, 40-50%, 50-60%, 60-70% und 70-100% für vier Jahreszeiten und alle GHCN-Stationen im Breitengradband 30N-70N. Die durchgezogenen Linien beziehen sich auf die bereinigten (homogenisierten) GHCN-Daten, die gestrichelten Linien auf die nicht bereinigten Daten.
Die bei weitem größte Empfindlichkeit gegenüber einer Veränderung der Verstädterung in Abb. 3 liegt in der Kategorie 0-2% (fast ländlich). Aus Abb. 3 geht auch hervor, dass das von der NOAA verwendete Homogenisierungsverfahren diesen Effekt im Durchschnitt aller Jahreszeiten nur um 9 % und im Sommer sogar um noch weniger (2,1 %) verringert.
Wenn wir die Empfindlichkeiten in Abb. 3 von 0 bis 100 % Verstädterung integrieren, erhalten wir den gesamten UHI-Effekt auf die Temperatur (Abb. 4):
Abb. 4. Saisonale durchschnittliche UHI-Effekte über alle GHCN-Stationen zwischen 30N und 70N durch Integration der dT/dBU-Werte in Abb. 3 von 0 % bis 100 % für angepasste (homogenisierte) Temperaturdaten (durchgezogen) und nicht angepasste Daten (gestrichelt). Die schwarze Kurve ist eine Potenzgesetzbeziehung, bei der die Temperatur mit der Quadratwurzel der Verstädterung zunimmt.
Bei den hier verwendeten Temperaturdaten handelt es sich um den Durchschnitt der täglichen Höchst- und Tiefsttemperaturen ([Tmax+Tmin]/2), und da fast der gesamte Effekt der städtischen Wärmeinsel in Tmin liegt, würde sich die Temperaturskala in Abb. 4 für den Tmin-UHI-Effekt fast verdoppeln.
Die schwarze Kurve in Abb. 4 ist eine Quadratwurzel-Beziehung, die für die meisten GHCN-Stationen (die im Allgemeinen zu weniger als 30 % urbanisiert sind) recht gut zu den Daten zu passen scheint. Sie ist jedoch nicht annähernd so nichtlinear wie die Beziehung mit der vierten Wurzel, die Oke (1973) für einige ostkanadische Stationen berechnet hat, wobei er Bevölkerungsdaten als Maß für die Verstädterung verwendete.
Aber was ich bisher gezeigt habe, basiert auf räumlichen Informationen (der Differenz zwischen eng beieinander liegenden Stationen). Es sagt nichts darüber aus, ob oder in welchem Ausmaß es in den GHCN-Temperaturtrends eine ungewollte Erwärmung gibt. Um diese Frage zu untersuchen, habe ich als Nächstes untersucht, wie das NOAA-Homogenisierungsverfahren die Stationstrends in Abhängigkeit davon verändert hat, wie schnell die Umgebung der Station urbaner geworden ist.
Die Homogenisierung der NOAA führt zu einer Veränderung der meisten Temperaturtrends der Stationen. Wenn ich die durchschnittliche homogenisierungsbedingte Veränderung der Trends in verschiedenen Kategorien des Stationswachstums der Verstädterung berechne, sollten wir eine negative Trendanpassung in Verbindung mit einem positiven Verstädterungswachstum sehen, oder?
Aber genau das Gegenteil ist der Fall.
Untersuchen wir zunächst, was bei Stationen ohne Verstädterungswachstum geschieht. In Abb. 5 sehen wir, dass die 881 Stationen ohne Verstädterungstrend im Zeitraum 1975-2014 in den bereinigten (homogenisierten) Daten einen durchschnittlich um 0,011 °C/Dekade wärmeren Trend aufweisen als in den nicht bereinigten Daten. Dies ist an sich durchaus möglich, da die Daten um die Beobachtungszeit („Tobs“), Stationsverschiebungen, Instrumententypen usw. bereinigt wurden:
Abb. 5. Die Anpassungen der Temperaturtrends der GHCN-Stationen durch das Homogenisierungsverfahren erhöhen unerklärlicherweise die Temperaturtrends der Stationen, wenn die Verstädterung zunimmt, anstatt sie zu verringern, wie es zu erwarten wäre, wenn das Homogenisierungsverfahren der NOAA eine falsche Erwärmung durch städtische Wärmeinseleffekte beseitigen würde.
Nehmen wir also an, dass der Wert bei Nullwachstum in Abb. 5 das darstellt, was wir für die NICHT-urbanisierungsbedingten Anpassungen der GHCN-Trends erwarten sollten. Wenn wir uns in Abb. 5 vom Nullwachstum der Verstädterung nach rechts bewegen, sollten die Temperaturtrends von Stationen mit zunehmendem Verstädterungswachstum nach unten angepasst werden, aber stattdessen sehen wir für alle Klassen des Verstädterungswachstums eine Anpassung nach OBEN!
Es scheint also, dass das Homogenisierungsverfahren der NOAA die Temperaturtrends der Stationen (im Durchschnitt) fälschlicherweise steigen lässt, obwohl sie eigentlich sinken sollten. Ich weiß nicht, wie man zu einem anderen Schluss kommen kann.
Warum gehen die NOAA-Anpassungen in die falsche Richtung? Ich weiß es nicht.
Gelinde gesagt, finde ich diese Ergebnisse… merkwürdig.
OK, wie groß ist also dieser falsche Erwärmungseffekt auf die Festlands-Temperaturtrends im GHCN-Datensatz?
Bevor Sie zu dem Schluss kommen, dass die GHCN-Temperaturtrends eine zu starke unerwünschte Erwärmung aufweisen, als dass man sich bei der Überwachung der globalen Erwärmung auf sie verlassen könnte: Was ich gezeigt habe, sagt nichts darüber aus, um wie viel diese Trends der Festlands-Durchschnittstemperaturtrends nach oben verzerrt sind. Darauf werde ich in Teil III eingehen.
Meine bisherigen, sehr vorläufigen Berechnungen (unter Verwendung der UHI-Kurven in Abb. 4, angewandt auf die 21×21 km große Urbanisierungswachstumskurve in Abb. 2) deuten darauf hin, dass die über alle Stationen gemittelte UHI-Erwärmung etwa 10-20 % der GHCN-Trends beträgt. Das ist gering, aber nicht unbedeutend. Aber das könnte sich ändern, wenn ich mich eingehender mit dem Thema beschäftige.
Übersetzt von Christian Freuer für das EIKE
Es ist so: bei allen bisher von uns untersuchten Wetterstationen Deutschlands steigen die Tagestemp. stärker als die Nachttemperturen, insbesondere in der Jahreszeit Sommer. Also genau umgekehrt wie der Artikel behauptet. Das war auch für uns überraschend. Wir haben das mit der starken Zunahme der Sonnenstunden im Sommer erklärt und nachts sind diese schon immer Null gewesen. Wenn die Städte, aber auch die freie Landschaft sich tagsüber wegen der Sonnenzunmahme stärker aufheizt, dann ist die Abstrahlung, also Auskühlung nach Sonnenuntergang auch stärker, so dass nachts die Erwärmung viel schwächer ausfällt. Hier beschrieben: https://eike-klima-energie.eu/2022/07/28/erwaermung-deutschlands-durch-die-zunahme-der-sonnenstunden-und-durch-die-stetige-vergroesserung-der-waermeinseln-bei-den-messstationen/ oder hier https://eike-klima-energie.eu/2022/09/16/die-sommererwaermung-am-tage-bestimmt-vorrangig-die-jahreserwaermung-seit-1988/
Wichtig, wegen den umfangreichen Trockenlegungen in Feld, Wiesen, Wald und Fluren entwickeln auch ländliche Wetterstationen in Deutschland tagsüber im Sommer einen starken WI-effekt, siehe Gießen. https://eike-klima-energie.eu/2022/09/08/giessen-laendliche-wetterstation-die-klimaerwaermung-findet-hauptsaechlich-tagsueber-im-sommer-statt/
Hier im Artikel von Dr. Spencer wurde der Zusammenhang Wärmeinsel und Sonnenstunden jedoch überhaupt nicht untersucht. Es sind auch Zweifel angebracht, ob überhaupt die Steigungslinien von Tag/Nacht untersucht wurden, da im Artikel kein Grafikbeispiel einer Wetterstation gezeigt wird.
Eine interessant Erkenntnis.
Wenn die Erde, sich tags stärker aufheizt, dann ist die Abstrahlung, also Auskühlung auch stärker, so dass die Erwärmung schwächer ausfällt?
Die Frage ist was arretiert die Temperatur eigentlich in der Nacht wo sie ist?
Eine Analyse von Nachttemperaturen wäre vielleicht sinnvoll.
Danke für ihre Arbeit!
Das wurde etwas missverständlich dargestellt: Die Städte heizen sich tagsüber stärker auf als die freie Landschaft. Das korreliert sehr stark mit der Zunahme der Sonnestunden in D. Von 1988 bis 2022 haben wir einen Anstieg von über 200 Sonnenstnunden. Nachzusehen beim DWD. Unsere Auswertungen zeigen daher, dass die Minimumtemperaturen in D kaum ansteigen (0,01K/a) die Maximumtemperaturen aber deutlich ansteigen (0,05K/a). Also Faktor 5! Berücksichtigt man noch den städtischen Wärmeinseleffekt, ist der Unterschied noch größer.
Eine genauere Analyse der Nachttemperaturen ist kaum machbar. Eine stündlich Ermittlung der Temperaturen ist erst für wenige zurückliegende Jahre möglich und daher nicht aussagekräftig.
Dieses Konondrum kann man Auflösen, wenn man die wirklichen Faktoren sucht, die die Temperaturen arretieren.
CO2 Strahlung allein reicht da lange nicht.
Danke für ihre Arbeit.
Werner Schulz schrieb am 13/02/2023, 11:50:38 in 315292
Die „Klimaindustrie“ propagiert auch, dass eine Erhöhung des CO2 den Abfluss von Energie verringert und sich daraufhin die Temperatur erhöht. Dieser Verringerung des Abflusses von Energie wirkt die Erhöhung der Abstrahlung entgegen. Wird als Planck-Feedback in den diversen IPCC -Berichten aufgeführt und ist kein Rätsel, sondern ergibt sich einfach aus der
-Abhängigkeit der Abstrahlung …
#315311
Und Konvektion schon vergessen?
Werner Schulz schrieb am 14/02/2023, 08:07:54 in 315355
Gern geschehen.
Wärmestrahlung, Konvektion, latente Wärme sind die drei „Kühlströme“, die von der Grenze Erdoberfläche/Atmsosphäre weggehen. Der einzige Energiestrom, der aufgrund seiner geringen Größe nicht erwähnt wird, ist Wärmeleitung. Ins All geht nur Wärmestrahlung. Welcher „Kühlstrom“ wird nun vergessen?
Soll das eine Fangfrage werden? Im neuen Gleichgewichtszustand muss sich der Energiestrom durchs atmosphärishe Fenster um den Betrag erhöhen, um den die Abstrahlung in den anderen Frequenzbändern verringert wurde …
Wenn nichts mehr geht, der Spruch geht anscheinend immer. Nein, ich habe sie nicht vergessen. Die Auswirkung der Konvektion ist in der Literatur beschrieben, wir haben das oft genug diskutiert, Falls Sie einen bisher nicht diskutierten Aspekt aufzeigen wollen, tun Sie das doch einfach. Aber bitte nicht als blosse Behauptung, sondern mit Belegen …
#315365
Nein, nur um soviel wie sich die Abstrahlung aus der Atmosphaere nicht erhoeht. Und da sind sie immer noch bei der Konvektion, welche die Waerme in der Atmsophaere transportiert. Neben Strahlung. Und die Atmosphaere soll ja auch waermer werden.
Und warum sollte sich die Waermeabgabe bei einer waermeren Atmosphaere verringern oder gleich bleiben, wenn sie doch scheinbar akzeptieren, das die Waermeabgabe bei einer waermeren Oberflaeche bei der Strahlung groesser wird?
Ich glaube Sie verwechseln hier Temperatur und Temperaturveränderung. Spencer schreibt über die Temperaturen an sich und da ist es in den Städten schon wärmer als in ländlichen Gebieten. Und nachts kühlt die Luft in Städten einfach langsamer aus, als in ländlichen Gebieten.
Sie betrachten die Temperaturveränderungen über einen längeren Zeitraum und haben dabei das von Ihnen beschriebene Verhalten ermittelt …
#315314
Der UHI ist natürlich in der Nacht meist höher als bei Tage.
Und das war doch das, was Herr Müller schon angedeutet hatte.
MfG
Ketterer
P.S. Fragen Sie doch einfach mal einen Stadtklimatologen wann er denn die Messfahrten macht.
wo haben sie denn publiziert? Das es Stadtklimatologen gibt ist recht neu fuer mich. Ein Link waere gut gewesen.
Aber ich habe mal die Suchmaschine meiner Wahl angeschmissen.
Hier ist wohl was Herr Mueller meinte, da es um die Differenzen geht, eine Studie aus China und hier aus ihrem Umfeld.
Schon interessant wie sich die Latente Waerme und Konvektion im Stadtklima auswirken.
Ach hier das kam als fuenfter Treffer der Suchmaschine (der andere war sechster). Zwei von Eike in der Suche, kann ihr Google das auch?
Und noch vor WIKI.
Was aber letztlich egal ist – Politiker, grüne „Journalisten“ und die Straße bleiben der planetaren „Selbstverbrennung“ treu, selbst wenn die Eiszeit zurückkommt!