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EU Surface Temperature for All Corners of Earth

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Satelliten und maschinelles Lernen verbessern bodennahe Temperaturaufzeichnungen

Obwohl die bodennahe Lufttemperatur für die Klimawissenschaft von entscheidender Bedeutung ist und seit über einem Jahrhundert kontinuierlich von Wetterstationen gemessen wird, versorgen uns die Messungen nicht mit allen täglich benötigten Informationen. EUSTACE nutzt Satellitendaten und maschinelles Lernen, um die Lücken zu schließen.

WELTRAUM

© Andrey Armyagov, Shutterstock

Obwohl die Aufzeichnungen von Wetterstationen einen nützlichen Klimadatensatz für diese Orte für den erfassten Zeitraum bieten, gibt es eine Reihe von Orten, an denen entweder kein Zugriff auf tägliche Messungen möglich ist oder für die keine Aufzeichnungen der Lufttemperatur vorliegen. Das EU-finanzierte Projekt EUSTACE erfasste Messungen von Satelliten, damit die bodennahe Lufttemperatur überall auf der Erde umfassender als bisher abgeschätzt werden kann. Erstellung neuer Klimadatensätze Durch die Kombination von direkten Messungen, Satellitenschätzungen und maschinellem Lernen entwickelte EUSTACE mithilfe eines statistischen Algorithmus zur Erstellung von Informationen, wo bisher keine existierten, eine Reihe von Datenprodukten. Dabei wurde ein genormter Datensatz der von Wetterstationen aufgezeichneten Messungen der bodennahen Lufttemperatur für Europa für den Zeitraum seit 1951 erstellt, inklusive einer vollständigen Analyse der Tageshöchst- und -tiefsttemperatur. Es wurden Temperaturschätzungen der Oberflächenhaut für sämtliche Erdoberflächen vorgelegt, jedoch mit einer neuen, konsistenten Einschätzung von Unwägbarkeiten. Grundlage dieser von dem Team vorgenommenen genauen Einschätzung von Unwägbarkeiten war die Verwendung von Temperaturdaten der Oberflächenhaut (oberste Schicht) von Land, Meer und Eis aus anderen Satellitenprojekten. Diese wiederum ermöglichten es dem Team, auf der Grundlage kombinierter Informationen aus Satellitenschätzungen und In-situ-Messungen die globale bodennahe Lufttemperatur (mit Einschätzung von Unwägbarkeiten) ab 1850 zu analysieren. Das Projekt ermittelte, soweit möglich, auch Messungen der bodennahen Lufttemperatur (von meteorologischen Stationen) mit Unstetigkeiten, die durch nichtklimatische Faktoren wie Änderungen der verwendeten Instrumente, des Stationsstandorts und des Messverfahrens verursacht wurden. „Für diese Produkte haben wir bei internationalen Fachleuten Probedatensätze für spezifische Anwendungsfälle getestet“, so Projektkoordinatorin Nick Rayner. „So erhielten wir Einblicke, wie Klimadaten verwendet werden, welche Vorgaben für Datenformate bestehen und welche Variablen benötigt wurden. Beispielsweise haben sich die Tiefst- und Höchsttemperaturen als ebenso wichtige Daten erwiesen wie die Tagesmitteltemperaturen.“ Viele dieser Benutzeranforderungen flossen dann in das Design der Datenstruktur von EUSTACE und der dazugehörigen Benutzerhandbücher ein. Die Genauigkeit der Produkte von EUSTACE wurde anhand einer Teilmenge der Messungen von Landstationen, Eisstationen, Schiffen und Eisbojen bewertet. Um die Unabhängigkeit dieser Daten zu gewährleisten, wurden diese zuvor von der Analyse ausgeschlossen. „Die Ergebnisse der Validierung haben gezeigt, dass unsere Methoden gut funktioniert haben, insbesondere unsere neue Einschätzung von Unwägbarkeiten“, sagt Rayner. Die Datenprodukte von EUSTACE wurden im Archiv des Centre for Environmental Data Analysis (CEDA) katalogisiert, wobei die Daten nach Möglichkeit über eine Open Government Licence erhältlich sind. Bewältigung gesellschaftlicher Herausforderungen Das Team sucht nun nach Möglichkeiten zur Verbesserung seiner Satellitendatensätze zugunsten einer genaueren Analyse. Darüber hinaus verfolgt es das Potenzial der Digitalisierung (Datenrettung) weiterer historischer Daten zur Optimierung seiner Analyse der globalen Lufttemperatur durch eine bessere Einschränkung seiner statistischen Modellierung, insbesondere wenn es um Regionen geht, die derzeit unterrepräsentiert sind. Ein besseres Verständnis der bodennahen Lufttemperatur trägt zu einer Reihe gesellschaftlicher Herausforderungen bei. Zum Beispiel könnte es Aufschluss über die Zusammenhänge zwischen der bodennahen Lufttemperatur und Krankheiten oder die Auswirkungen von Hitzestress geben. Aber auch Bereiche wie Ernährungssicherheit, nachhaltige Land- und Forstwirtschaft, Meeres-, See- und Binnenwasserforschung sowie die Erzeugung erneuerbarer Energien könnten davon profitieren. „Allgemein bietet EUSTACE ein umfassenderes Verständnis der Schwankungen, Bereiche und Extreme der bodennahen Lufttemperatur in der Vergangenheit und unterstützt die Entwicklung von Klimavorhersagen und -prognosen sowie Anpassungs- und Klimaschutzstrategien“, so Rayner.

Schlüsselbegriffe

EUSTACE, Satellit, Wetterstation, Temperatur der Oberflächenhaut, Daten, maschinelles Lernen, meteorologisch, Klimaschutz, Anpassung, Klima, Nachhaltigkeit

Projektinformationen

ID Finanzhilfevereinbarung: 640171

Status

Abgeschlossenes Projekt

  • Startdatum

    1 Januar 2015

  • Enddatum

    31 März 2019

Finanziert unter:

H2020-EU.2.1.6.

  • Gesamtbudget:

    € 2 954 918,75

  • EU-Beitrag

    € 2 694 968,75

Koordiniert durch:

MET OFFICE