RealClimate: una NOAA

23 abr 2023 por Gavin 55 Comentarios

¿Qué implica realmente un nuevo participante en el récord de satélites de la troposfera inferior?

A principios de año, notamos que el grupo NOAA-STAR había producido una nueva versión (v5.0) de sus recuperaciones de satélites MSU TMT, que era una desviación bastante radical de la versión anterior (4.1). Resulta que v5 tiene una tendencia notablemente más baja que v4.1, que tuvo la tendencia más alta entre las recuperaciones UAH y RSS. El documento que describe la nueva versión (Zou et al., 2023) salió en marzo, y con él la disponibilidad no solo de registros TMT y TLS actualizados (que existían en la versión 4.1), sino también un nuevo TLT (Temperatura de el registro de la Troposfera Inferior) (desde 1981 hasta el presente). La serie TMT actualizada ya se presentó en la comparación de datos del modelo, pero aún no hemos mostrado los nuevos datos TLT en contexto.

Los lectores recordarán que el producto TLT es nominalmente un promedio ponderado de las anomalías de la temperatura atmosférica desde la superficie hasta 5 km aproximadamente. La ponderación varía un poco entre la tierra y el océano, y en función de la topografía o el tipo de superficie (algunas comparaciones modelo-observación tienen esto en cuenta, pero una ponderación global uniforme suele ser suficiente). La naturaleza de la medición, utilizando escaneos fuera del nadir del instrumento, hizo que la recuperación fuera más ruidosa que otros productos de MSU, y ha llevado tiempo lidiar con esos problemas. Algunos veteranos podrían incluso recordar la historia bastante tumultuosa, que involucra afirmaciones de precisión demasiado confiadas, el descubrimiento de sesgos sistemáticos debido al decaimiento orbital, correcciones, replicación independiente y más errores, más correcciones, etc. Esta historia debería atenuar cualquier afirmación ahora. que la incertidumbre estructural finalmente ha sido vencida, pero vale la pena profundizar un poco más para ver dónde entra.

Diferencias intra-TLT

Primero, ¿cómo se comparan las tres versiones de TLT? He hecho dos versiones de este gráfico para resaltar dónde y cómo difieren las tres líneas. Ciertamente no es tan simple como un simple cambio en la tendencia lineal.

Como era de esperar, las variaciones de un año a otro son muy similares, pero hay notables divergencias entre 1996 y 1999 que (principalmente) están relacionadas con el tratamiento de los datos de NOAA-14, que tuvo una gran deriva orbital e instrumental. Las tendencias anteriores a 1995 (0,07/0,14/0,16 ºC/dec, para UAH, RSS y NOAA-STAR respectivamente) y posteriores a 2001 (0,14/0,20/0,17 ºC/dec) también varían entre los productos. Por lo tanto, la similitud de la tendencia del período completo (1981-2022) entre UAH y NOAA-STAR es algo coincidente (0,14/0,20/0,13 ºC/dec) formada por una tendencia más grande en NOAA-STAR a ~1988, una tendencia más pequeña a 2000, y una tendencia ligeramente mayor en las últimas dos décadas. Es muy probable que esta heterogeneidad en las diferencias sea una incertidumbre estructural en la forma en que se construyen los registros, y la amplitud de las tendencias en los tres productos es probablemente una subestimación de la verdadera incertidumbre. ¡No es una democracia donde la respuesta 'correcta' se decide por mayoría de votos!

Comparaciones de fregaderos de cocina

¿Cómo se compara el nuevo récord de TLT con los récords de superficie? Aquí podemos comparar con los registros de datos de superficie in situ (GISTEMP, HadCRUT5, NOAA NCEI), las radiosondas, los reanálisis (ERA5 y JRA55) y (en un período más corto), las recuperaciones del satélite AIRS. Cada uno de estos tiene sus propios problemas, pero aportan una gran cantidad de datos independientes para influir en el problema. De manera similar a lo anterior, incluyo dos versiones de los gráficos con diferentes líneas de base.

La impresión abrumadora de estos gráficos es la similitud de todos estos registros, y no solo en las variaciones de un año a otro. Sin duda, las tendencias al alza difieren ligeramente, pero todas describen claramente el mismo cambio climático. Curiosamente, el TLT registra entre paréntesis la dispersión de los otros conjuntos de datos independientes, lo que sugiere que la incertidumbre estructural es simplemente mayor en las recuperaciones satelitales (incluidas las diferentes versiones de los datos AIRS).

Pero ¿por qué debería ser así? Históricamente, ha habido mucha discusión sobre los efectos no climáticos en las estaciones de superficie y los datos oceánicos: movimientos de estaciones, calefacción urbana, cambios de instrumentos, etc. Si bien estos son efectos importantes, a menudo son locales. Las estaciones a nivel mundial no se movieron al mismo tiempo, los cambios de instrumentos ocurrieron en diferentes momentos en diferentes lugares, las áreas se urbanizaron a diferentes ritmos y en diferentes momentos. Por lo tanto, las implicaciones de lo que uno hace con respecto a estos temas tienen principalmente impactos locales. Hay cambios sistemáticos que tienen mayores implicaciones, por ejemplo, el cambio de las fuentes de datos en el transporte marítimo en las décadas de 1930, 1940 y 1950 y el alias de errores en los instrumentos y la cobertura en el océano, y esas correcciones dominan el impacto de los ajustes en la media global. Tendencias de la temperatura superficial.

Ahora, pensemos en cómo se procesan los datos del satélite TLT. Hay correcciones para cada satélite en la serie temporal (ahora hasta 16 instrumentos) por decaimiento orbital, deriva orbital, deriva de calibración del instrumento, etc. Se debe utilizar una fuente de información para hacer esa corrección. Lo más importante es recordar que cada una de esas incertidumbres se aplica a la duración y la totalidad del registro de los satélites, y las diferentes opciones conducirán a diferentes tendencias. Por lo tanto, las incertidumbres en las correcciones satelitales casi siempre tienen un impacto en las tendencias globales a largo plazo.

El registro del satélite AIRS también es interesante. Esto es de un solo instrumento en el satélite Aqua de la NASA, que, hasta el año pasado, estaba en una órbita controlada sin deriva. Esto significa que algunos de los problemas que afectan a los instrumentos de MSU/AMSU no se aplican. Sin embargo, las tendencias en diferentes versiones de las recuperaciones (es decir, v6 a v7) pueden ser bastante variables. En este caso, la incertidumbre viene con el algoritmo de recuperación y el tratamiento de efectos de confusión como nubes o cambios en la emisividad de la superficie. Tal como lo entiendo (¡y que alguien me corrija si me equivoco!), las recuperaciones de AIRS funcionan asumiendo un perfil atmosférico previo (realista) (temperatura de la superficie, perfiles verticales de temperatura, humedad, cobertura de nubes, aerosoles, ozono, etc.) para lo cual se puede calcular la señal espectral, y luego las (pequeñas) desviaciones observadas en los datos reales recuperados se pueden asociar fácilmente con pequeños deltas en las entradas. Pero cuanto más lejos esté el perfil anterior del perfil real, más complicada y propensa a errores será la recuperación. En la versión 6, los perfiles anteriores eran todos de la primera parte de la serie temporal, lo que significa que los primeros años tenían recuperaciones bastante precisas, pero los últimos años (con tendencias climáticas en todas las entradas) eran menos precisas. Para la versión 7, los perfiles anteriores estaban mejor espaciados a lo largo del tiempo, lo que igualó la incertidumbre y, por lo tanto, también impactó en las tendencias. Hubo otros pasos de procesamiento que también cambiaron. Sin embargo, el punto es que un cambio en el algoritmo afecta a todo el registro y, por lo tanto, puede tener un impacto sistemático en las tendencias.

Por lo tanto, la adición de una nueva versión del registro TLT de NOAA-STAR ayuda a subrayar la incertidumbre estructural continua en estos registros, y está claro que, a diferencia del registro de temperatura de la superficie, no estamos (todavía) viendo una convergencia en el 'derecho ' responde.

¿Qué está por venir?

¿Podemos esperar más mejoras en las estimaciones de incertidumbre? Absolutamente. Para una serie de productos basados ​​en estaciones de superficie (en particular, los productos HadCRUT5, GHCN y ERSST), se han desarrollado mejores modelos de incertidumbre utilizando un enfoque de Monte Carlo para crear un conjunto de productos, cada uno de los cuales tomó decisiones ligeramente diferentes en las correcciones (dentro de límites razonables). Algo similar para los conjuntos de datos satelitales sería muy interesante. Este esfuerzo es costoso desde el punto de vista computacional y requiere mucha atención a los detalles (incluida la encapsulación de diferentes modelos para las correcciones, no solo diferentes parámetros dentro de un modelo específico) para que esté completo, pero esto se está convirtiendo en el estándar de oro para capturar la incertidumbre estructural 'real' cuando hay flujos de trabajo de procesamiento de datos complejos y no lineales. Mira este espacio.

Archivado como: Ciencia climática, Historia destacada, Registro instrumental Etiquetado con: AMSU, cambio climático, MSU, NOAA STAR, RSS, UAH