Beräkning av klimatindikatorn temperatur

Över tiden kan mätningar från en viss ort påverkas av flyttningar eller ändringar i mätrutiner. För att observationerna ska ge en korrekt bild av eventuella klimatförändringar krävs att data har granskats och korrigerats för fel och eventuella inhomogeniteter.

Målet är att presentera hur års- och säsongsmedeltemperaturen varierat sedan 1860 sammantaget för ett antal stationer i Sverige. Beräkningarna bygger i detta fall på 35 stationer som alla startat 1860-1889 och som pågår än idag, se kartan nedan. Som synes är stationerna ej jämnt spridda över landet då det finns färre stationer i norra Sverige med riktigt långa temperaturserier.

I detta exempel behandlas data till och med år 2010. Samtliga stationers temperaturserier har genomgått homogenitetskontroll, det vill säga man studerar varje enskild station för sig för att se om mätningarna påverkats av till exempel urbanisering, förflyttning av mätplatsen, ändrade mätrutiner eller byten av utrustning.

Upptäcks homogenitetsbrott justerar man mätserien så att serien i slutändan motsvarar temperaturen som om den vore uppmätt på en och samma plats, under samma förhållanden och med samma mätmetod för hela perioden.

Interpolerade värden

För de stationer som inte hade startat 1860 har medeltemperaturen, på månadsbasis, interpolerats från omkringliggande stationer så att samtliga mätserier är kompletta från 1860 till nu.

Av de 35 stationer som analyserats är det 22 stycken som startade mätningar 1860 eller tidigare. Fyra stycken startade 1861 eller 1862, medan resterande nio startade någon gång mellan 1875 till 1889. 

De interpolerade värdena förekommer främst under perioden 1860-1889, det vill säga under de första 30 åren av serien. Endast enstaka interpolerade värden finns därefter. För hela perioden 1860 till 2010 utgör de interpolerade värdena 5,5% av det totala antalet årsvärden som används i beräkningen.

Beräkning av års- och säsongsmedeltemperaturen

Då det visat sig att korrektionerna för homogenitetsbrott både är positiva och negativa och att de dessutom oftast är små till storleken blir medelvärdena baserade på många stationer intressant nog inte mycket annorlunda än om okorrigerade data hade använts. 

Detta illustreras i diagrammet nedan. Där visas de homogeniserade värdena som blå och röda staplar medan de okorrigerade värdena är smala svarta staplar.

För en enskild station kan däremot skillnaden vara klart märkbar, vilket visas längre ner.

Homogeniserade vs rådata
Årsmedel för 35 stationer baserade på homogeniserade respektive rådata plottade tillsammans. Notera att skillnaden faktiskt inte blir så stor.
Förstora Bild

Varje års- och säsongsmedeltemperatur beräknas som medelvärdet av de 35 stationerna. Därefter beräknas ett medelvärde för 1961-1990. Samtliga diagram för klimatindikatorn temperatur illustrerar temperaturvariationen från 1860 och framåt och presenteras i form av temperaturavvikelsen från medelvärdet för normalperioden 1961-1990.

Även en utjämnad kurva, som ungefär motsvarar ett 10-års löpande medelvärde, finns med för att tydligare illustrera långtidsvariationen.Läs mer om Gaussisk filtrering.

Homogeniserade temperaturdata från 35 stnr i Sverige
Den slutliga homogeniserade serien. Avvikelser från medelvärdet för normalperioden 1961-1990 visas som staplar. En utjämnad kurva visar långtidsvariationen.

Homogenitetskontroll

En homogenitetskontroll innebär att man studerar om mätningarna på en observationsplats påverkats tex av en urbanisering, att mätplatsen har flyttats eller att mätutrustningen har bytts ut.

Upptäcks ett eller flera homogenitetsbrott och de är statistiskt säkerställda justerar man mätserien. Målet är att serien i slutändan ska visa temperaturen som om den vore uppmätt på en och samma plats, under samma förhållanden och med samma mätmetod för hela perioden.

Exempelvis för en station som flyttat från innerstaden till utkanten av staden kan årsmedeltemperaturen förändras en hel grad efter flytten. I figuren nedan illustreras just detta. Diagrammet visar differensen mellan den uppmätta temperaturen och en beräknad temperatur för motsvarande plats.

Brott-i-serien-pga-flytt
Effekten av en flytt av mätplatsen från innerstaden till en plats utanför staden.

Den beräknade temperaturen tas fram med hjälp av fyra eller fler närbelägna mätstationer, som är väl korrelerade med stationen som studeras. Att stationerna är väl korrelerade visar att de har ett likartat temperaturklimat.

Det syns tydligt att differensen före år 1964 skiljer sig markant från differensen för senare år. Ett tydligt brott inträffade alltså i mätserien då stationen flyttades ut från innerstaden till mer lantlig miljö. Mätserien måste då justeras för att den ska motsvara en och samma plats för vidare klimatstudier av serien.

Korrigerad för brott i tempserien pga flytt landsbygd stad
En konstant korrektion kan reducera effekten av en flytt av mätplatsen från innerstaden till en plats utanför staden.

Införande av en konstant korrektionsterm resulterar i figuren ovan. Om den påförs de observerade data kan detta göras så att den senare delen av serien korrigeras för att stämma med den tidigare. I detta fall avser den homogeniserade dataserien det ursprungliga läget av stationen.

Det andra alternativet är att korrigera den första delen av serien så att alla värden avser det nuvarande läget av stationen. Detta fall är ofta att föredra eftersom nya observationer då kan adderas till serien utan vidare korrektioner såvida inte det sker några nya ändringar.

Figurerna nedan illustrerar det senare alternativet, som är det SMHI brukar tillämpa. Den översta delfiguren visar den okorrigerade serien, medan den undre visar hur värdena blir om man korrigerar äldre data så att värdena motsvarar det senare läget av stationen.

Effekten på tempdataserien Brott i tempserien pga flytt landsbygd stad
Här visas den okorrigerade serien och serien efter påförandet av en konstant korrektionsterm.

Andra typer av inhomogeniteter

Det finns även fall då stationer flyttats då medeltemperaturen inte förändrats alls. För en del flyttningar påverkas årsmedeltemperaturen endast någon tiondels grad medan månader och säsonger kan påverkas mer. Därför blir ofta temperaturkorrektionerna olika under månaderna och säsongerna jämfört med korrektionen för årsmedeltemperaturen.

Stationer som är placerade mitt inne i städer och har varit det under en lång tid löper stor risk för att ha påverkas av att staden växt och därmed blivit varmare. Då korrigeras serien istället för att temperaturen gradvis ökat linjärt under en period.

Referenser

Metoderna som används för homogenisering beskrivs i artiklarna nedan:

Alexandersson, H. and Moberg, A. (1997), Homogenization of Swedish Temperature data. PART I: Homogeneity Test for Linear Trends. International Journal of Climatology, 17: 25–34. doi: 10.1002/(SICI)1097-0088(199701)17:1<25::AID-JOC103>3.0.CO;2-J

Moberg, A. and Alexandersson, H. (1997), Homogenization of Swedish Temperature data. PART II: Homogenized Gridded Air Temperature Compared with a Subset of Global Gridded Air Temperature since 1861. International Journal of Climatology, 17: 35–54. doi: 10.1002/(SICI)1097-0088(199701)17:1<35::AID-JOC104>3.0.CO;2-F

Moberg, A. and Bergström, H. (1997), Homogenization of Swedish temperature data. Part III: the long temperature records from Uppsala and Stockholm. International Journal of Climatology, 17: 667–699. doi: 10.1002/(SICI)1097-0088(19970615)17:7<667::AID-JOC115>3.0.CO;2-J