•31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •1 HOMOGENITA METEOROLOGICKÝCH POZOROVÁNÍ Z0076 Meteorologie a klimatologie 31. 10. 2016 Mgr. Adam Valík Definice •Klimatologickou řadu vyjadřující kolísání klimatologického prvku označíme za homogenní, jestliže její kolísání jsou zapříčiněna jen kolísáním počasí a podnebí. •Conrad, W., Pollak L. W. (1950) • • •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •2 Důvody pro homogenizaci •Homogenizace = stejnorodost •Rostoucí požadavky na přesná a kvalitní data •Snaha o eliminaci naměřených chyb (kontrola) •Oprava chyb •Doplnění chybějících údajů •Rekonstrukce časových řad do minulosti •Lepší pochopení vývoje klimatu a jeho kolísání •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •3 http://files.klimaskeptik.cz/200001363-49f534aef4/hockey_stick.png https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSjUcZPLm3u4_Ithkk_BDNimid9Gsqcrl7l_hsJV4qKWez _ixBw https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSKzc4ge2oPxc9e_2mlwtojCD3q0MkeB6Fqa4CPmVSCazZ ahW7AOA https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcR7MdQWDDD-gISfwQU-rVkNW7e44aSTlnujYFizYeTNpn3 pizJs Význam homogenizovaných řad •Homogenizované staniční řady teploty, srážek a relativní vlhkosti (Burianová, Brázdil, Štěpánek) • •Posun od měsíčních dat k denním: Ø Redukce chyb a nepřesností Ø Pochopení zpětných vazeb v klim. systému Ø Odhad budoucího vývoje klimatu Ø Analýza kolísání klimatu v rámci 100–1000 let • •Snaha o homogenizaci stanic na území několika států, přeshraniční spolupráce, evropské projekty, prodlužování řad, tvorba databází (CLIDATA), minimalizace chyb … • •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •4 Homogenizované řady v alpském regionu (projekt HISTALP) •Teplota vzduchu: od r. 1760 •Tlak vzduchu: od r. 1760 •Srážky: od r. 1800 •Oblačnost: 40. léta 19. stol. •Délka trvání slunečního svitu: od r. 1880 •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •5 CRSM example plot Grid mode 2 example The HISTALP Station map Výsledky homogenizace •Opravená teplotní řada pro Alice Springs, Austrálie •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •6 https://tallbloke.files.wordpress.com/2012/10/ra1.png?w=921&h=555 http://oi62.tinypic.com/15me7o1.jpg •Teplotní odchylky referenční a testované řady pro Alice Springs, Austrálie Narušení homogenity řad a kontrola kvality dat •Souvisí s měřením a pozorováním na meteorologických stanicích ØKontrola a revize naměřených a pozorovaných dat •Velké množství údajů (poč. 19. stol.) – automatizace kontroly (kontrolní rovnice, prostorové analýzy v GIS) •Nutnost kontroly kvality dat, nalezení chyb a jejich odstranění (metadata), teprve pak dochází k detekci nehomogenit a jejich opravě •Potřeba odlišení přirozených variabilit klimatu od nehomogenit způsobených vnějšími zásahy do měření •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •7 Potencionální zdroje nehomogenit 1.Přemístění stanice 2.Změny v okolí stanice 3.Změna pozorovatele 4.Změna přístrojové techniky 5.Změny pozorovacích předpisů 6.Změny pozorovacích termínů 7.Přerušení pozorování • • •Nutná znalost metadat stanice • •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •8 •Testování homogenity http://www.obalkyknih.cz/file/cover/1097786/medium http://blog.aktualne.cz/media/146/20070920-2007-09-20b.JPG • •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •9 a)Řady absolutně homogenní b)Řady relativně homogenní •x(ti), i =1,2, …, n – homogenní srovnávací (referenční) řada •y(ti), i =1,2, …, n – testovaná řada • Teplota vzduchu: di = y(ti) – x(ti) Srážky: qi = y(ti) / x(ti) • Relativně homogenní řada •Klimatologická řada je relativně homogenní vzhledem k synchronní řadě jiného místa (homogenní), jestliže diference (teplota vzduchu), popř. podíly (srážky) odpovídajících si dvojic hodnot tvoří řadu náhodných čísel, která vyhovuje zákonu chyb. • • Conrad, W., Pollak, L. W. (1950) •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •10 Kontrola kvality dat a homogenizace 1.Kontrola kvality dat – vychýlené hodnoty •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •11 2.Navázaní řad sousedních stanic 3.Výběr referenční řady 4.Testování řady na relativní homogenitu 5.Vyhodnocení nalezených nehomogenit 6.Oprava nehomogenit 7.Doplnění chybějících hodnot Výběr referenční řady •Nutná min. 50% korelace mezi řadou referenční a testovanou (optimum 70%) • •Referenční řada (max. 30–40 let): ØVyužití řady jedné stanice ØVyužití řad více stanic – prostorový průměr ØVýběr stanice na základě vzdálenosti (klesající korelace s rostoucí vzdáleností) ØKorelačního koeficientu ØÚzemní jednotky ØVyužití průměrné řady (aritmetický průměr všech stanic ve vytyčené oblasti) •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •12 Testování řady na relativní homogenitu •Využití více statistických testů rel. homogenity (ensable testing) •Různé způsoby výpočtu referenčních řad •Čím více shodných detekcí nehomogenity v jednotlivých testování, tím je nehomogenita závažnější • •Testy relativní homogenity: Ø Alexanderssonův test pro jednoduchý zlom Ø Bivariační test Maronna – Yohai Ø Test Easterlinga a Petersona •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •13 Druhy nehomogenit •Skoková změna úrovně řady = změna v průměru/zlom ØNejčastější druh nehomogenity, nejsnadněji detekovatelná, nejvíce metod pro opravu ØZlom v průměru každých 30–40 let ØVznik např. přestěhováním stanice •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •14 •Vznik trendu ØPostupné změny v okolí stanice ØZesilující vliv tepelného ostrova města •Změna variability řady = změna rozptylu • • •Nehomogenita •v průměru •v rozptylu • • •Jeden zlom •Více zlomů •Rozptyl •Trend •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •15 Chod nehomogenit •Více nehomogenit obecně v teplejší části roku •Nejvíce nehomogenit u Tmax, větru a výšky sněhové pokrývky • •Teplota ØNejméně zaznamenaných chyb • v porovnání se srážkami a větrem ØNejvětší rozkolísanost v zimě, • min. v červenci ØNejčastější chyby u hodnot 6–8 °C Ø • • •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •16 http://3.bp.blogspot.com/-dYZv2Yg_2eQ/Uu0khts0A7I/AAAAAAAAAYI/uqLtG-sXKbw/s1600/zhang_et_al_homogen ization_china_fig5.png •Rozdíly prům. roč. Tmax (a) and Tmin (b) stanice Huairou, 1960-2008, Figure 5 of Zhang et al., 2013 Testování •Max. délka testované řady: 40 let (u delších řad jejich rozdělení) •Testování s překryvem 10 let •Po zjištěné nehomogenitě se znovu testují data před a po zjištěné nehomogenitě •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •17 Homogenizace a doplnění chybějících údajů •Homogenizace se provádí na současné obd. měření (oprava minulosti podle současného stavu) •Oprava významných nehomogenit podložených metadaty •Nehomogenní hodnoty testované řady se opravují dle prům. diferencí testované i referenční stanice •Chybějící hodnoty se doplňují vždy dle referenční řady •Chybějící měření vždy doplňovat až po homogenizaci – v jiném případě možnost ovlivnění samotné homogenizace •Po opravě se počítá korelace testované a referenční řady – kontrola úspěšnosti opravy •S počtem oprav by měl klesat počet nehomogenit •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •18 Praha - Klementinum •Meteorologická pozorování od r. 1775 • •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •19 klementinum1 Vliv městského prostředí na teplotu •(a) Schematic illustration of a temperature record at a site experiencing urban warming and a station move from the urban center to the urban outskirts. (b) The temperature record adjusted for the discontinuity has a stronger warming trend than that in the undisturbed environment. (Figure 1. from Hansen et al., 2001.) •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •20 http://3.bp.blogspot.com/-jWXieGZVaUM/Uu0A5TYH1iI/AAAAAAAAAX4/iWN6ApBnfi0/s1600/Hansen_etal2001_hom ogenization_figure1.png Anclim •31. 10. 2016 •Z0076 Meteorologie a klimatologie •21 •Software pro analýzu časových řad •autor: Mgr. Petr Štěpánek, PhD. • • AnClim_14b2