Algunos resultados en Alberta « Roy Spencer, PhD

Resumen

La comparación de los sitios de monitoreo de la temperatura rural con la urbana en Canadá durante los veranos de 1978 a 2022 muestra el sesgo cálido promedio esperado durante la noche en las áreas urbanas, con un efecto diurno más débil. Cuando se aplica a los diagnósticos basados ​​en imágenes de Landsat del aumento de la urbanización a lo largo del tiempo, se descubre que el 20 % de las tendencias de temperatura en una pequeña región que abarca Calgary y Edmonton se debe al aumento de la urbanización. Calgary encabeza la lista de ciudades canadienses con mayor urbanización, con un 50 % estimado de las tendencias de calentamiento nocturno en 10 áreas metropolitanas canadienses en su mayoría atribuibles al aumento de la urbanización, y un 20 % de las tendencias de calentamiento diurno.

Introducción

Esto es parte de mi investigación continua sobre el grado en que los conjuntos de datos de temperatura terrestres están produciendo tendencias de calentamiento exageradas por el aumento de la urbanización (el efecto de isla de calor urbano, UHI). Actual «homogeneizaciónLas técnicas para el ajuste de los datos del termómetro no intentan explícitamente corregir las tendencias urbanas para que coincidan con las tendencias rurales, aunque esperaría que realicen esta función si la mayoría de las estaciones son rurales. En cambio, equivalen a ejercicios estadísticos de “construcción de consenso” donde gana la mayoría. Por lo tanto, si la mayoría de las estaciones se ven afectadas por efectos UHI crecientes, en diversos grados, estas no se ven obligadas a coincidir con las estaciones rurales. En cambio, ocurre lo contrario. Por ejemplo, en los EE.UU. la Watt et al. análisis de los datos de la estación mostró que el conjunto de datos homogeneizados de EE. UU. (USHCN) produjo tendencias de temperatura tan grandes como las producidas por las estaciones con la peor ubicación en términos de fuentes de calor espurias. Además, descubrieron que el uso de ubicaciones de termómetros bien ubicados conduce a reducciones sustanciales en las tendencias de temperatura en comparación con el conjunto de datos homogeneizados ampliamente utilizado.

Considero que la homogeneización es un enfoque de caja negra que no aborda el calentamiento falso en los registros de los termómetros como resultado de la urbanización generalizada a lo largo del tiempo.. Mi enfoque ha sido diferente: documentar las diferencias de temperatura absolutas entre pares de estaciones y relacionarlas con alguna medida independiente de diferencia de urbanización. El conjunto de datos globales basado en Landsat de áreas «construidas» (a las que me referiré vagamente como medidas de urbanización) ofrece la oportunidad de corregir la urbanización en datos de termómetros que se remontan a la década de 1970 (cuando comenzó la serie de satélites Landsat).

Mi principal región de enfoque para comenzar ha sido el sureste de los EE. UU., en parte porque mi co-investigador, John Christy, es el climatólogo del estado de Alabama, y ​​en parte me financian a través de esa oficina. Pero también estoy examinando otras regiones. Hasta ahora, he realizado algunos análisis preliminares para el Reino Unido, Francia, Australia, China y Canadá. Aquí mostraré algunos resultados iniciales para Canadá.

El primer paso es cuantificar, a partir de estaciones poco espaciadas, la diferencia en las temperaturas promedio mensuales entre sitios más urbanos y más rurales. El conjunto de datos de temperatura que estoy usando es el Base de datos de superficie integrada global por hora (ISD), archivado de forma continua en NOAA/NCEI. Los datos están dominados por observaciones operativas cada hora (o cada 3 horas) realizadas para apoyar la aviación en los aeropuertos de todo el mundo. Son en su mayoría (pero no del todo) independientes de las mediciones máximas y mínimas (Tmax y Tmin) que componen otros conjuntos de datos de temperatura global ampliamente utilizados y homogeneizados. Las ventajas del conjunto de datos ISD es la resolución de tiempo por hora, lo que permite una investigación más exhaustiva de los efectos del día frente a la noche y una mejor instrumentación y mantenimiento para el apoyo a la seguridad de la aviación. Una desventaja es que no hay tantas estaciones en el conjunto de datos en comparación con los conjuntos de datos Tmax/Tmin.

Como mencioné en mi última publicación sobre el tema, un componente crítico de mi método es el conjunto de datos global relativamente reciente de alta resolución (1 km) de urbanización derivado de los satélites Landsat desde 1975 como parte de la UE. Asentamiento humano mundial (GHS) proyecto. Esto me permite comparar estaciones vecinas para cuantificar cuánto calor urbano está asociado con las diferencias en la urbanización según lo diagnosticado a partir de las imágenes Landsat de estructuras «construidas».

Temperaturas de verano urbanas y rurales en Canadá

Canadá es un país principalmente rural, con estaciones de monitoreo de temperatura muy dispersas. La mayor parte de la población (donde se encuentran la mayoría de los termómetros) se concentra a lo largo de las costas y especialmente a lo largo de la frontera con Estados Unidos. Hay relativamente pocos aeropuertos en comparación con el tamaño del país, lo que limita la cantidad de combinaciones rurales y urbanas que puedo hacer.

Para un espacio máximo de 150 km entre pares de estaciones, así como algunas otras pruebas para la inclusión (por ejemplo, menos de 300 m de diferencia de elevación entre estaciones), la Fig. 1 muestra las diferencias en la temperatura promedio y los valores promedio de urbanización basados ​​en Landsat para ( a) 09 UTC (tarde en la noche) y (b) 21 UTC (tarde). Estos tiempos se eligieron para aproximar los tiempos de las temperaturas mínimas y máximas (Tmin y Tmax) que componen otros conjuntos de datos de temperatura global, por lo que puedo hacer una comparación con ellos.

Fig. 1 Comparación de las diferencias de temperatura entre las estaciones canadienses muy próximas entre sí y las estimaciones de urbanización basadas en Landsat para (a) la noche y (b) el día. Los datos incluidos son las temperaturas promedio mensuales de junio, julio y agosto para los años 1988-1992, 1998-2002 y 2012-2016, que corresponden a los años 1990, 2000 y 2014 del conjunto de datos Landsat. No hubo suficientes datos de termómetro en el archivo ISD para usar con las estimaciones de urbanización Landsat de 1975. La Zona 3 de promedio de área tiene un tamaño de ~21 × 21 km, centrada en cada estación.

Como han documentado otros estudios, el efecto UHI sobre la temperatura es mayor durante la noche, cuando la energía solar absorbida por el suelo por el pavimento (que tiene una alta conductividad térmica en comparación con el suelo o la vegetación) se libera al aire y queda atrapada sobre la ciudad por el estabilidad de la capa límite nocturna y vientos más débiles en comparación con el día. Para este conjunto limitado de pares de estaciones canadienses, el sesgo cálido de UHI es de 0,21 grados. C por 10% urbanización durante el día, y 0,35 deg. C por 10 % por la noche.

Luego, si aplicamos estas relaciones a los datos mensuales de temperatura y urbanización en ~70 estaciones individuales repartidas por todo Canadá, tenemos una idea de cuánto ha afectado el aumento de la urbanización a las tendencias de temperatura. (NOTA: las relaciones en la Fig. 1 solo se aplican en un sentido promedio, por lo que no se sabe qué tan bien se aplican a las estaciones individuales en las tablas a continuación).

En aproximadamente 70 estaciones canadienses, las 10 estaciones con las mayores tendencias de calentamiento falso diagnosticadas (1978-2022) se enumeran a continuación. Tenga en cuenta que las tendencias brutas tienen una variabilidad considerable, parte de la cual probablemente no esté relacionada con el tiempo o el clima (cambios en la instrumentación, ubicación, etc.). La Tabla 1 tiene los resultados de la noche, mientras que la Tabla 2 es para el día.

TABLA 1: Tendencias de temperatura nocturna más urbanizadas (1978-2022)

Ubicación Temperatura cruda. Tendencia Tendencia desurbanizada Componente de tendencia urbana
Internacional de Calgary Arpt. +0,33 C/década +0,16 C/década +0,17 C/década
Internacional de Ottawa Arpt. +0,07 C/década -0,08 C/década +0,14 C/década
Windsor +0,20 C/década +0,08 C/década +0,11 C/década
Montreal/A. Internacional Trudeau +0,47 C/década +0,36 C/década +0,10 C/década
A. Internacional de Edmonton Arpt. +0,10 C/década 0,00 C/década +0,10 C/década
Internacional de Saskatoon Arpt. +0,03 C/década -0,04 C/década +0,07 C/década
Abbotsford +0,48 C/década +0,41 C/década +0,07 C/década
Internacional Regina -0,11 C/década -0,17 C/década +0,06 C/década
pradera grande +0,07 C/década +0,02 C/década +0,05 C/década
Internacional de St. Johns Arpt. +0,31 C/década +0,27 C/década +0,04 C/década
PROMEDIO DE 10 STN +0,19 C/década +0,10 C/década +0,09 C/década

Calgary, Ottawa, Windsor, Montreal y Edmonton son las cinco ubicaciones de las estaciones con la mayor tasa de aumento de la urbanización desde la década de 1970 según las mediciones de Landsat y, por lo tanto, la mayor tasa de calentamiento espurio desde 1978 (la primera para la que tengo datos de temperatura por hora completos). datos). Promediado en las 10 ubicaciones de mayor crecimiento, se estima que el 48% de la tendencia de calentamiento promedio se debe solo a la urbanización.

La Tabla 2 muestra los resultados correspondientes para las temperaturas de la tarde de verano, que a partir de la Fig. 1 sabemos que tienen efectos UHI más débiles que las temperaturas nocturnas.

TABLA 2: Tendencias de la temperatura vespertina más urbanizada (1978-2022)

Ubicación Temperatura cruda. Tendencia Tendencia desurbanizada Componente de tendencia urbana
Internacional de Calgary Arpt. +0,26 C/década +0,16 C/década +0,11 C/década
Internacional de Ottawa Arpt. +0,27 C/década +0,19 C/década +0,09 C/década
Windsor +0,27 C/década +0,20 C/década +0,07 C/década
Montreal/A. Internacional Trudeau +0,35 C/década +0,28 C/década +0,06 C/década
A. Internacional de Edmonton Arpt. +0,42 C/década 0,36 C/década +0,06 C/década
Internacional de Saskatoon Arpt. +0,18 C/década +0,13 C/década +0,04 C/década
Abbotsford +0,45 C/década +0,40 C/década +0,04 C/década
Internacional Regina +0,08 C/década +0,04 C/década +0,04 C/década
pradera grande +0,19 C/década +0,16 C/década +0,03 C/década
Internacional de St. Johns Arpt. +0,31 C/década +0,28 C/década +0,03 C/década
PROMEDIO DE 10 STN +0,28 C/década +0,22 C/década +0,06 C/década

Para las 10 estaciones más urbanizadas de la Tabla 2, la reducción promedio en las tendencias de calentamiento observadas por la tarde es del 20 %, en comparación con el 48 % de las tendencias nocturnas.

Comparación con los datos CRUTem5 en SE Alberta

¿Cómo afectan los resultados de la Tabla 1 a las tendencias de calentamiento ampliamente reportadas promediadas en Canadá? Dado que Canadá es en su mayoría rural con solo mediciones escasas, eso sería difícil de determinar a partir de los datos disponibles. Pero no hay duda de que la conciencia del público con respecto a los problemas del cambio climático está fuertemente influenciada por las condiciones en las que vive, y la mayoría de la gente vive en áreas urbanizadas.

Como única prueba de cordura del uso de estas mediciones de temperatura en su mayoría basadas en aeropuertos para el monitoreo del clima, examiné la región del sureste de Alberta delimitada por las latitudes/longitudes de 50-55N y 110-115W, que incluye Calgary y Edmonton. El área de comparación está determinada por el conjunto de datos de temperatura CRUTem5 sancionado por IPCC, que informa datos promedio en un rango de 5 grados. cuadrícula de latitud/longitud.

Hay 4 estaciones en mi conjunto de datos en esta región, y promediar los datos de temperatura sin procesar de las 4 estaciones produce una tendencia (Fig. 2) esencialmente idéntica a la producida por el conjunto de datos CRUTem5, que tiene métodos de homogeneización extensos y (presumiblemente) muchas más estaciones (que a menudo están limitados en sus períodos de registro, por lo que deben reconstruirse). Este alto nivel de acuerdo es, al menos en parte, fortuito.

Fig. 2. Temperaturas promedio mensuales de verano (junio-julio-agosto), 1978-2022, para el sureste de Alberta, del conjunto de datos IPCC CRUTem5 (verde), temperaturas brutas de 4 estaciones (rojo) y temperaturas promedio de 4 estaciones desurbanizadas (azul). Se aplica una compensación de temperatura a las anomalías CRUTem5 para que las líneas de tendencia se crucen en 1978.

La aplicación de las correcciones de urbanización de la figura 1 (grande para Calgary y Edmonton, pequeña para Cold Lake y Red Deer) conduce a una reducción promedio del 20 % en la tendencia de la temperatura promedio del área. Esto respalda mi afirmación de que los procedimientos de homogeneización aplicados a los conjuntos de datos globales de Tmax/Tmin no han ajustado las tendencias urbanas a las tendencias rurales, sino que representan un ajuste de «votación» en el que un conjunto de datos dominado por estaciones con una urbanización creciente conservará en su mayoría las características de tendencia del UHI- lugares contaminados.

Conclusiones

Las ciudades canadienses muestran un efecto sustancial de isla de calor urbano en el verano, especialmente por la noche, y las estimaciones de mayor urbanización basadas en Landsat sugieren que esto ha causado un componente de calentamiento falso de las tendencias de temperatura informadas, al menos para los lugares que experimentan una mayor urbanización. Una comparación limitada en Alberta sugiere que sigue existiendo un sesgo de calentamiento urbano en el conjunto de datos CRUTem5, en consonancia con mis publicaciones anteriores sobre el tema y el trabajo realizado por otros.

El tema es importante porque la política energética racional debe basarse en la realidad, no en la percepción. En la medida en que se exageren las estimaciones del calentamiento global, también lo serán las decisiones de política energética. Tal como están las cosas, hay pruebas (por ejemplo, aquí) de que los modelos climáticos utilizados para guiar las políticas producen más calentamiento que el observado, especialmente en el verano cuando el exceso de calor es motivo de preocupación. Si ese calentamiento observado es incluso menor que el informado, entonces los modelos climáticos se vuelven cada vez más irrelevantes para las decisiones de política energética.

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