Modellen en vroegere werkelijkheid: een test

27 Sep

Het toetsen van modellen is als eens eerder aan de orde geweest. Zo bleek de voorspellende waarde van het door de IPCC berekende temperatuurstijging voor de eerste zeven jaren van deze eeuw beperkt, al is deze periode erg kort in klimaattermen. Een periode van dertig jaar wordt meer als representatief beschouwd.

Terugkijken kan ook. Daarvoor is een vergelijking gemaakt tussen de in de Bilt gemeten temperaturen op maandgemiddelde basis en een van de modellen die voor het vierde IPCC rapport zijn gebruikt. Het gaat om het AR4 scenario 20C3M dat door het Max Planck Institut für Meteorologie & Deutsches Klimazentrum in Hamburg is doorgerekend met het eveneens daar ontwikkelde gemengde G(lobal) C(irculation) M(odel) ECHAM-OM model, een gekoppeld atmosferisch en oceaanmodel. Dit model wordt veel toegepast, onder andere door het KNMI in het ESSENCE project. Bij het IPCC kan men nalezen welke klimaatfactoren in het model worden meegenomen en welke niet, en wat de achtergrond is van het 20C3M scenario.

ECHAM5-OM geeft maandgemiddelde temperaturen vanaf 1860 tot 2100. Dat maakt de vergelijking met de KNMI data mogelijk. Daar zijn gegevens vanaf 1901 beschikbaar.

De resultaten van het model zijn via internet op te vragen (registratie nodig) modelresultaten. Het formaat van de data in het bestand is GRB, voor meteorologen hèt standaard uitwisselingsformaat. Met behulp van ontsluitingssoftware WGRIB (draait op bijna elk platform) wordt het bestand geopend en kunnen data gelezen worden. Die staan genoteerd in blokken van 192 x 96. De breedtegraden zijn opgedeeld in 96 klassen, gaande van zuid tot noord. De lengtegraden zijn verdeeld in 192 klassen, gaande van 0 – 358, alle klassen met een resolutie van 1,875 graden.

Het is een fors karwei om de data uit te zoeken (één record uit 18432  records per maand) en verder te verwerken, maar met enige kennis van het aloude DOS en enkele Excel trucs lukt dat.

Het KNMI meet de temperaturen op de coördinaten 5.10 OL en 52.06 NB. Het model geeft output op een nabijgelegen gridpunt: 5.625 OLO en 52.053 NB, en dat mag representatief genoemd worden voor de Bilt. Andere gridpunten liggen weer te ver uit de buurt.

Wat zijn nu de resultaten van de vergelijking?

De vergelijking is gemaakt voor alle maanden in de periode 1901 t/m 1999.

Op maandgemiddelde basis lijkt er een behoorlijk verband te bestaan tussen de beide datareeksen met een R2 van 0,73. Het model weerspiegelt in het algemeen het temperatuurverloop door de seizoenen op een goede manier. Maar de spreiding is relatief groot.

Maandgemiddelde_temp_de_bilt_1901_2

Het verband tussen jaargemiddelden is uitgesproken zwak. Uit de puntenwolk laat zich eigenlijk geen relatie afleiden. De lineaire trendlijn geeft een zeer lage R2 van 0,004, zie grafiek hieronder.

Een simpel model met de gemeten jaargemiddelde temperatuur over 1901-2007 (9,44°C), plus een willekeurig getal in de range van 3 maal de standaard deviatie (0,74°C) rondom het jaargemiddelde (-2,23 tot 2,23), en dat in een set van 100 gesimuleerde jaargemiddelden tegen de echte metingen geeft een vergelijkbaar mager resultaat.

Jaargemiddelde_temp_de_bilt_19011_2

Bij het 30-jarig voortschrijdend gemiddelde lijkt elk verband te ontbreken.

30jaar_voortschrijdend_gemiddelde_2

Het verloop van het 30-jarig voortschrijdend gemiddelde van model en metingen illustreert dit nog eens.

Verloop_30jaar_voortschrijdend_ge_2

Koutsoyiannis e.a. hebben gepubliceerd over het toetsen van historische klimaatgegevens als temperatuur en neerslag aan klimaatmodellen. Zij beschikken uiteraard over meer kennis en mogelijkheden dan deze blogger en onderzochten acht lokaties verdeeld over de wereld: Albany (USA), Athene (Griekenland). Alice Springs (Australië), Colfax (USA), Khartoum (Soedan), Manaus (Brazilië), Masumoto (Japan) en Vancouver (USA). Ze gebruikten de resultaten van drie modellen uit de derde IPCC rapportage serie (TAR) en drie AR4 modellen, met een scenario voor elk model. Eén van de drie AR4 modellen is het hier gebruikte ECHAM5-OM model met het bovengenoemde 20C3M scenario. Zij komen tot vergelijkbare resultaten, zij het dat de verschillen tussen modellen en de historische reeksen van de acht locaties groter zijn. Ook onderling verschillen de modellen nogal. Kort en tamelijk hard luidt hun conclusie in het abstract:

“The results show that models perform poorly, even at a climatic (30-year) scale. Thus local model projections cannot be credible, whereas a common argument that models can perform better at larger spatial scales is unsupported”

De studie van Koutsoyiannis e.a. kreeg enorme bijval op vele sites, maar ook stevige kritiek op bijvoorbeeld RealClimate, een site die de zienswijze van het IPCC steunt.

De vergelijking tussen modelresultaten en de historische meetreeks van de Bilt over de vorige eeuw pakt op maandbasis visueel iets beter uit dan voor de locaties waarover Koutsoyiannis e.a. rapporteren. Maar door de grote spreiding is de variantie van de modelresultaten relatief groot. Men kan de prestaties van modellen onderling vergelijken ten opzichte van gemeten data. Het model met de kleinste variantie scoort dan natuurlijk het best.

Gelet op de door hen vastgestelde slechte prestaties van de modellen pleiten Koutsoyiannis e.a. voor de inzet van stochastische modellen, in plaats van de deterministische modellen die op dit moment worden gebruikt. Stochastische modellen zijn gebaseerd op toeval, en klimaatmodellen op deze basis spelen meer in op het wispelturig karakter van het klimaat. De huidige modellen van het KNMI mengen globale GCM modellen (onder andere ECHAM5) met regionale componenten om rekening te kunnen houden met variabelen op deze schaal.

Welk soort model uiteindelijk de werkelijkheid – historie en toekomst – het best kan benaderen blijft voorlopig een kwestie van onderzoek.

Advertenties

Eén reactie to “Modellen en vroegere werkelijkheid: een test”

Trackbacks/Pingbacks

  1. Nog eens: Modellen en vroegere werkelijkheid | klimaatblog - juli 13, 2015

    […] zijn die ontwikkelingen ook instrumenteel vastgelegd, zoals voor temperatuur en neerslag. In een  vorig bericht is een van de betere modellen vergeleken met de werkelijke temperatuurontwikkeling van station de […]

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

%d bloggers liken dit: