MIT: KNMI fałszował dane meteorologiczne

Podobnie jak w przypadku podobnych „afer” z przeszłości, oskarżenia wysuwane pod adresem Niderlandzkiego Królewskiego Instytutu Meteorologii KNMI wynikają z niezrozumienia metod używanych w klimatologii do rekonstrukcji historycznych zmian klimatu, w szczególności tzw. homogenizacji danych:

Homogenizacja jest niezbędna, gdy pomiary przeprowadzane są przez dłuższy okres (a przy badaniach klimatu, jak wiemy, interesują nas zmiany zachodzące przez dekady i stulecia) i zdarza się, że zmieni się sposób w jaki te pomiary są przeprowadzane.

Jak zmieniały się metody pomiarów temperatury? 

Obserwatorów, którzy dawniej w określonych godzinach przychodzili i sczytywali temperaturę z podziałki termometru, w większości wypadków zastąpił dziś automatyczny system wysyłający od razu dane do centralnego archiwum. Zmienić się mogły także godziny wykonywania odczytów, co ma znaczenie przy określaniu wielkości maksymalnych i minimalnych w czasie doby. 

Same termometry alkoholowe często zostały wymienione na platynowe rezystory pomiarowe (PTR), które można zintegrować z systemami komputerowymi. Wymiana sprzętu pomiarowego często pociągnęła za sobą wymianę klatki meteorologicznej: pakiet czujników zajmuje mniej miejsca więc klatka może być mniejsza. Warto zauważyć, że przypadku najstarszych obserwacji meteorologicznych, 200 i więcej lat temu, klatek meteorologicznych w ogóle jeszcze nie używano, a pomiary prowadzono z okien czy balkonów, najczęściej położonych po północnej, zacienionej stronie obserwatorium – a więc już dawno mieliśmy w tej kwestii zmiany.

Poza tym w ciągu dekad i stuleci zmieniać się mogło otoczenie stacji meteorologicznych, wynikające np. z rozwojem urbanizacji albo rolnictwa w okolicy. Czasami konsekwencją tego było przenoszenie stacji w nowe miejsce, np. poza miasto.

Każda taka zmiana mogła potencjalnie wpłynąć na wyniki przeprowadzonych pomiarów. Nie ma to zazwyczaj dużego znaczenia w przypadku obserwacji synoptycznych, gdzie interesuje nas pogoda „tu i teraz”, a błędy systematyczne o kilka dziesiątych stopnia albo kilka hektopaskali nie mają praktycznych konsekwencji. Badania klimatu i jego zmian wymagają jednak stabilności metod pomiarowych, a błędy — „niehomogeniczności” — wynikające na przykład z przeniesienia lokalizacji stacji o kilkaset metrów mogą być porównywalne wielkością ze zmianą klimatu (np. wzrostem temperatury) w okresie kilkunastu czy nawet kilkudziesięciu lat.

Homogenizacja, czyli jak poradzić sobie z nieciągłością metod i danych pomiarowych

Nie możemy cofnąć się w czasie i zainstalować w przeszłości współczesnego oprzyrządowania pomiarowego. Nie chcemy też kurczowo trzymać się starych metod i sprzętu, gdy nowy oferuje nam zupełnie nowe możliwości (np. pomiary temperatury co minutę czy pięć minut, a nie tylko raz, trzy czy cztery razy na dobę). Wiele zmian, na przykład otoczenia stacji, jest oczywiście niezależnych od osób i instytucji odpowiedzialnych za przeprowadzanie pomiarów.

Dlatego klimatolodzy opracowali metody statystyczne pozwalające na wykrycie wpływu tych czynników na wyniki pomiarów, oszacowanie ich wielkości, i usunięcie z danych pomiarowych. Zbiorczo nazywa się te techniki przetwarzania danych „homogenizacją„, bo chodzi o „ujednorodnienie” danych, i rekonstrukcję tego, jak wyglądałyby wyniki pomiarów, gdyby od zawsze przeprowadzano je w tych samych warunkach i w taki sam sposób.

Jedną z pomocy z których korzystają naukowcy są pomiary równoległe, na przykład przeprowadzane przy pomocy instrumentów starego i nowego typu, albo w starej i nowej lokalizacji. Dzięki temu różnice pomiarowe można porównać, oszacować związane z nimi błędy, i usunąć z szeregów danych. 

Podkreślamy tutaj od razu że dane oryginalne („surowe”) nie są zmieniane, i w dalszym ciągu pozostają dostępne, choćby po to, by w przyszłości opracować bardziej udoskonalone metody homogenizacji. Przy badaniach klimatu powinno się jednak używać danych już po homogenizacji, ponieważ interesują nas zmiany wynikające z wpływu czynników atmosferycznych, a nie artefakty pomiarowe i błędy systematyczne.

Homogenizacja danych przez KNMI – początek prac

Oskarżenia o rzekome „fałszerstwa” które padły pod adresem Niderlandzkiego Instytutu Meteorologii KNMI dotyczą właśnie homogenizacji. W 2016 roku KNMI opublikowało archiwum dobowych danych pomiarowych z pięciu stacji meteorologicznych, wraz z opisem metod statystycznych użytych przy ich przetwarzaniu.

Ponieważ każda z pięciu stacji zmieniała lokalizację, niezbędna była homogenizacja danych. W czterech przypadkach przez jakiś czas prowadzone były pomiary równoległe, dzięki czemu „zszycie” szeregów czasowych pochodzących z pomiarów wykonanych w różnych miejscach było możliwe do wykonania z dużą dokładnością.

Przenosiny piątej stacji, De Bilt, było jednak niezaplanowane i wymuszone zabudową bezpośredniej okolicy stacji, i tutaj równoległych pomiarów nie udało się wykonać. Dodatkowo, niecały rok wcześniej osłonę przyrządów pomiarowych w postaci wiaty zastąpiono standardową klatką meteorologiczną Stevensona. W tym przypadku, wobec braku pomiarów prowadzonych równolegle, klimatolodzy KNMI użyli obserwacji ze stacji w Eelde jako punktu odniesienia.

W towarzyszącym raporcie klimatolodzy podkreślali, że homogenizacja pomiarów dobowych temperatury jest znacznie trudniejsza niż uśrednionych wartości miesięcznych — cechują się one znacznie większą zmiennością, a błędy systematyczne często nieliniowo zależą od wartości temperatury. W przypadku wartości ekstremalnych dodatkowym problemem jest mała liczebność próby statystycznej — np. parametr TXx, najcieplejsza zarejestrowana wartość roczna, z definicji występuje raz w roku. Tym niemniej, użycie pomiarów równoległych umożliwiło dość dobrą ocenę wpływu czynników nieklimatycznych związanych z przenosinami stacji na szeregi temperatury. W przypadku Eelde (wcześniej Groningen) oraz Beek (wcześniej Maastricht) wcześniejsze pomiary były ewidentnie zawyżane w stosunku do pomiarów wykonywanych po zmianie lokalizacji stacji z terenów miejskich na niezurbanizowane.

Kontrowersje wzbudziła jednak stacja w De Bilt, gdzie porównanie z pomiarami wykonywanymi w Eelde również wskazywało, żeprzed przenosinami stacji część odczytów stacji — najcieplejsza część rozkładu statystycznego temperatur maksymalnych —była zawyżona w stosunku do pomiarów późniejszych. Ponieważ poprawki wpływały przede wszystkim na najwyższe temperatury, pierwsza homogenizacja doprowadziła do zmniejszenia historycznej liczby fal upałów przed rokiem 1950.

Jeszcze w 2016 roku użyte metody planowano udoskonalić — jednym z pomysłów było użycie również innych parametrów meteorologicznych do dokładniejszego rekonstrukcji stanu atmosfery w danej lokalizacji. Poza tym, opis historii przeprowadzanych pomiarów (metadane stacji) sugerował istnienie bardziej subtelnych błędów systematycznych, które można byłoby uwzględnić przy homogenizacji. Najważniejszym było obniżenie wysokości przeprowadzania pomiarów z 2,2 do 1,5 metra pomiędzy 1959 a 1962 rokiem.

Homogenizacja danych przez KNMI – wersja 2.0

Usprawnienia użytej metody opublikowano w roku 2022 i 2023. W 2023 roku ukazał się też artykuł krytykujący wybór Eelde jako stacji referencyjnej dla de Bilt, i wskazujący że gdyby użyć pomiarów z innych lokalizacji, poprawki dotyczące temperatur maksymalnych przed rokiem 1950 byłyby mniejsze.

KNMI zebrało więc te wszystkie udoskonalenia i w lutym roku 2026 opublikowało ulepszoną wersję danych homogenizowanych, wraz z raportem tłumaczącym  przyczyny wprowadzonych zmian.Temperatury średnie praktycznie nie uległy zmianie — już poprzednia wersja algorytmu była tutaj wystarczająco dobra, by wychwycić i poprawić błędy systematyczne powstające w dłuższych skalach czasowych. W wersji drugiej największym zmianom uległy jednak najcieplejsze temperatury: w De Kooy (wcześniej Den Helder) wartości przed rokiem 1950 uległy obniżeniu, w De Bilt — przeciwnie, podwyższono je (choć wciąż są one niższe od tego co wskazują dane „surowe”).

Uwaga „sceptyków klimatycznych” skoncentrowała się oczywiście tylko na tym ostatnim przypadku, a sam fakt aktualizacji danych został triumfalnie obwieszczono jako „zwycięstwo” osób negujących globalne ocieplenie, oraz niezbity dowód na to że instytucje meteorologiczne fałszują dane.

Tak działa nauka

Pomijając jednak wszystkie fakty opisane powyżej:

• że dane surowe były od zawsze dostępne, 
• że proces homogenizacji i jego zmiany jest transparentny i udokumentowany w literaturze naukowej, 
• że sama aktualizacja danych praktycznie nie zmienia długoterminowych trendów nawet tych kilku stacji, bo dotyczy tylko niewielkiej części rozkładu temperatur w nich mierzonych, 

historia ta świetnie obrazuje, jak powinna działać nauka, i dowodzi że jest w niej miejsce również dla „sceptyków”, jeśli tylko zechce im się zakasać rękawy i wziąć się do roboty.  Okazuje się bowiem, że da się napisać i opublikować artykuł naukowy zawierający merytoryczną krytykę dotyczącą jakiegoś aspektu metodyki badań, i że krytyka taka może posłużyć udoskonaleniu używanych w klimatologii metod.

Konsultacja: dr Aleksandra Kardaś