Homogenisatie 2.0 De Bilt: de hutwisseling

Gisteren is versie 2.0 online gezet van het rapport dat de homogenisatie van de temperatuur in De Bilt analyseert. De belangrijkste verandering ten opzichte van de eerste versie is dat we de beschikking kregen over de data van de parallelmetingen tussen twee meethutten die tussen 1947 en 1950 gedaan zijn. Hier is in het kort een beschrijving van de situatie:

Bron: KNMI

Vanaf 1897 tot 1950 is die zogeheten Pagodehut gebruikt voor de temperatuurmetingen van station De Bilt. Op 17 mei 1950 heeft het KNMI de oude Pagode meethut vervangen door een kleinere Stevensonhut. Beide hutten ziet u op de foto hierboven, rechts van de grote Pagode de Stevensonhut. Vanwege op handen zijnde bouwwerkzaamheden op het KNMI terrein werd de Stevensonhut binnen 16 maanden tweemaal verplaatst. Bij de eerste locatiewijziging op 16 september 1950 werd de hut 85 meter westwaarts verplaatst (van 1 naar 2, zie figuur hieronder). De nieuwe omstandigheden moeten veel geleken hebben op de oude: de omgeving waarin de hut dan staat is hetzelfde halfopen park als voorheen. Alleen de afstand tot de KNMI-gebouwen is wat groter geworden. De tweede verplaatsing vond plaats op 27 augustus 1951 naar een meetveld ongeveer 300 m ten zuiden van de oude locatie (van 2 naar 3). De afstand is relatief groot en de omgevingsomstandigheden zijn anders. Geen halfopen park met hier en daar een hoge boom maar een open meetveld zonder directe nabijheid van gebouwen.


Bij hutwisselingen en verplaatsingen worden normaal gesproken parallelmetingen verricht, dat wil zeggen dat gedurende een bepaalde tijd met 2 hutten of op twee locaties gemeten wordt. Die metingen kunnen dan gebruikt worden om indien nodig correcties toe te passen. Bij hutwisselingen en verplaatsingen ontstaan altijd verschillen in de metingen. De grootte daarvan bepaalt vaak of er gecorrigeerd wordt. Die correcties (homogenisatie) worden altijd op de oude meetgegevens toegepast. Het probleem bij de veranderingen in De Bilt was dat er geen parallelmetingen verricht waren vanwege de onvoorziene bouwplannen. In een laat stadium kwamen we er achter dat tussen 1947 en 1950 wel degelijk parallelmetingen zijn verricht tussen de Pagode en de Stevensonhut. De bovenste foto stamt uit die periode. Die meetgegevens hebben we helaas pas na de publicatie van de eerste rapportversie van het KNMI gekregen zodat een tweede rapportversie nodig was.

Het KNMI is van mening dat een temperatuursprong in de metingen rond 1950 in De Bilt het gevolg was van de hutwisseling in 1950 en verplaatsing in 1951 en dat die gecorrigeerd moest worden. Dat is op 1 januari 2016 gebeurd. Een gevolg van die homogenisatie was dat het aantal hittegolven tussen 1901 en 1951 teruggebracht werd van 23 naar 7. Zo’n homogenisatie gebeurt met behulp van een statistisch methode (in dit geval de Percentiel Matching Methode) die beschreven staat in een technisch rapport van het KNMI.

Die correctie viel zó drastisch uit dat we de homogenisatie van het KNMI hebben nagedaan. Een andere reden voor ons onderzoek was dat vergeleken met de vier andere hoofdstations die tegelijk gehomogeniseerd zijn, de resultaten van De Bilt afwijken. Na onze reconstructie van de homogenisatie bleek dat wij deels andere uitkomsten kregen dan het KNMI, met name bij de maximum etmaaltemperaturen (Tx). Bij het zoeken naar de oorzaken van onze afwijkende uitkomsten kwamen we nog meer zaken tegen waar we vraagtekens bij gezet hebben. Die komen wellicht op een ander moment aan de orde. Zoals de titel al aangeeft gaat het in dit bericht alleen om de parallelmetingen tussen Pagode en Stevensonhut tussen april 1947 en september 1950. Andere aspecten volgen later een keer.


In bovenstaande grafiek is het verschil weergegeven tussen de Pagode en de Stevensonhut voor elk etmaal van april 1947 tot september 1950. De grafiek is rood als de Pagode warmer is dan de Stevensonhut en blauw als de Stevensonhut warmer is. Duidelijk is de seizoenstrend te zien: van maart tot september is Tx van de Pagode over het algemeen hoger dan die van de Stevensonhut. Van oktober tot maart is de Stevensonhut over het algemeen warmer dan de Pagode. Over de gehele periode bezien is de Tx van de Pagode wat hoger dan die van de Stevensonhut, gemiddeld 0,12 °C . Als we naar de positieve extremen in de grafiek kijken dan zijn van de in totaal 1248 etmalen er 30 etmalen met een verschil > 1 °C, waarvan 3 etmalen met > 1,5 °C.

Vanwege de open onderzijde van de Pagodehut lijkt deze gevoelig te zijn geweest voor warmtestraling in de vroege morgen in combinatie met de lage windsnelheden in dit deel van de dag. Overdag zullen de verschillen waarschijnlijk gering zijn geweest vanwege de hogere windsnelheden (betere ventilatie in beide hutten). De oorzaak van de hogere Tx van de Stevensonhut in de perioden oktober tot maart blijft vooralsnog onduidelijk. Opvallend is dat de correctie die het KNMI toepast op Tx vrijwel uitsluitend betrekking heeft op de temperaturen waarbij Tx Pagode hoger is dan Tx Stevensonhut. De hogere Tx van de Pagode worden gecorrigeerd met ΔTx van 0,1 t/m 1,9 °C, terwijl de hogere Tx-waarden van de Stevensonhut worden gecorrigeerd met ΔTx van -0,1 t/m -0,4 °C.

Omdat de grote correcties van het KNMI met name gedaan zijn op de hogere Tx-waarden van de Pagode bekeken we speciaal de zomermaanden juni, juli en augustus. We wilden weten hoe de correcties van het KNMI uitpakten voor de zomermaanden van 1947 t/m 1950. In bovenstaande grafiek zijn van alle etmalen gedurende de zomermaanden 1947-1950 de Tx Pagode minus Tx Stevensonhut weergegeven.  De waarden zijn positief als de Tx Pagode op die dag groter was dan Tx Stevenson. Van de 364 dagen in de 4 zomers zijn er 55 <0. Dat is opvallend omdat dat betekent dat zelfs in het warmste deel van het jaar nog 15% van de dagen de Stevensonhut warmer was dan de Pagode.

In de grafiek hierboven is de correctie weergegeven die het KNMI heeft toegepast op de zomerdagen van 1947-1950. Die correctie is makkelijk te berekenen, dat is het verschil tussen Tx niet gehomogeniseerd en Tx gehomogeniseerd. Die gegevens zijn hier te vinden.

Te zien is dat slechts op 2 van de in totaal 364 dagen de correctie negatief is. In dat geval betekent het dat de temperatuur naar boven is bijgesteld. De maximum correctie van 1,9 °C naar beneden wordt op 13 dagen toegepast. Opvallend is dat op 54 van de 364 dagen een correctie wordt toegepast van > 1,5 °C, terwijl er slechts 3 dagen zijn (een na laatste grafiek) waarbij het verschil Tx Pagode – Stevensonhut > 1,5 °C was.  Kijken we naar de dagen met Tx verschil > 1 °C dan  zijn van de 364 dagen er slechts 23 dagen met een temperatuurverschil tussen Pagode en Stevensonhut van > 1 °C, terwijl het KNMI in dezelfde periode maar liefst 132 zomerdagen met meer dan 1 °C corrigeert!

In deze grafiek heb ik beide vorige grafieken samengevoegd. Omdat ik voor het Tx verschil Pagode minus Stevensonhut nam en niet andersom zijn beide reeksen nu prima met elkaar te vergelijken. Duidelijk is dat de correctie die het KNMI heeft toegepast op de meeste dagen (294 van de 364) hoger en vaak véél hoger uitvallen dan nodig was vanwege de hutwisseling. Bovenstaande cijfers laten geen normale afwijkingen zien maar tonen een sterke overcorrectie. Deze overcorrectie is een gevolg van het feit dat de warmste dagen vaak niet de dagen zijn waarop het temperatuurverschil tussen Pagode en Stevensonhut het grootst zijn. De correctiemethode die het KNMI heeft toegepast corrigeert echter de warmste dagen het sterkt. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de correlatiecoëfficiënt tussen beide signalen in de grafiek zeer laag is: 0,16. Dat betekent kort gezegd dat de correcties die het KNMI heeft toegepast op Tx van de zomerdagen van 1947 tot 1950 geen correlatie vertonen met de afwijkingen van Tx die gemeten zijn tussen Pagode en Stevensonhut. Het is een willekeurige correctie, waarbij vooral hogere temperaturen onnodig naar beneden worden bijgesteld.

De oorzaak daarvan is vooral daarin gelegen  dat de toegepaste statistische techniek niet in staat is  om juiste correcties te plegen op Tx. De Percentiel Matching Methode is gebaseerd op een percentielverdeling van de temperaturen per maand, en bij die techniek heeft het KNMI twee maal een smoothing toegepast waardoor het in feite onmogelijk is om rekening te houden met de weersomstandigheden per dag. De methode lijkt ongeschikt voor Tx. Overigens gaf KNMI onderzoeker Brandsma in een artikel in Meteorologica toe dat correctie en temperatuurverschil vaak niet matchen: “In de huidige versie van de homogenisatie van de vijf hoofdstations zijn de temperatuurcorrecties alleen afhankelijk van de temperatuur zelf. Op individuele dagen kan de werkelijke correctie daarom afwijken van de toegepaste correctie.” (Meteorlogica 2019). Brandsma heeft het voorzichtig over afwijkingen ‘op individuele dagen’; ik tel van die 364 zomerdagen maar 24 dagen waarop de correctie matcht met het temperatuurverschil.

Tot slot: het kan natuurlijk ook zo zijn dat de bovenstaande zichtbare overcorrectie eigenlijk geen overcorrectie is omdat de verplaatsing in 1951 die correctie rechtvaardigt. Daar ga ik later op in, maar het lijkt erop dat dat niet het geval is.