Walsh et al. 2016 : las incertidumbres

(english version here)

Hace un año informaba de la publicación por parte de Walsh et al. de un artículo (“A database for depicting Arctic sea ice variations back to 1850”. Geogr Rev, 107) presentando su nueva serie de extensión de la banquisa ártica desde 1850 hasta el presente. (Los datos y la documentación de dicha serie se encuentran disponibles en la web del NSIDC.)

Mostraba hace un año la siguiente gráfica, en la que podemos observar las extensiones de la banquisa ártica en marzo y septiembre, en torno al máximo y mínimo anual respectivamente, según los datos de la nueva serie de Walsh durante todo el período 1850-2013 :

Walsh et al 2016 arctic sea ice extent 1850 2013 march september

Advertía también de que “antes de 1935 los valores mostrados por esta serie, al menos los de septiembre, deben tomarse con mucha prudencia. Antes de ese año, no hay prácticamente ninguna observación directa de la banquisa en septiembre, por lo que los valores presentados por Walsh et al. en su nueva serie siguen dependiendo completamente de extrapolaciones e interpolaciones, por lo que la incertidumbre asociada a estos valores es importante y muy superior a la de los años posteriores a 1935. A su vez, las incertidumbres en el período 1935-1952 también son mayores que a partir de 1953, cuando ya disponemos de observaciones más o menos continuas y fiables para casi todo el Ártico.”

Hoy me gustaría abundar en esas incertidumbres, en particular las referidas a los datos del final del verano, de agosto y septiembre:

  1. Incertidumbres derivadas de las zonas sin datos y del algoritmo empleado para completarlas.

Walsh et al. utilizan diversas fuentes de datos para la era anterior a los satélites, con coberturas geográficas y temporales variables (las fuentes más importantes son AARI, DMI y ACSYS). En cada mes, juntan todos los datos disponibles de las distintas fuentes. Las zonas sin datos, las completan con un algoritmo basado en análogos (1).

A partir de 1953 ya tenemos observaciones continuas y fiables para prácticamente todo el Ártico, por lo que el algoritmo basado en análogos no se usa y por tanto no tiene ninguna relevancia en el resultado.

Las cosas cambian antes de 1953. Antes de este año, las fuentes de datos comienzan a escasear, y ya no alcanzan a cubrir el conjunto del Ártico. Por ejemplo, en los siguientes mapas podemos comprobar las observaciones reales de las que disponen Walsh et al. para agosto y septiembre de 1941 (en rojo, las zonas con hielo, en azul, las zonas de agua abierta; todo lo demás, en gris, sin observaciones disponibles):

Más de la mitad del Ártico no cuenta con ninguna observación, y debe completarse con el algoritmo basado en análogos, lo que obviamente añade incertidumbre a los resultados.

En el período 1933-1952 hay algunos años con más observaciones disponibles que otros. Por ejemplo, aquí tenemos las observaciones reales con las que cuentan Walsh et al. para agosto y septiembre de 1935:

La cantidad de datos es bastante aceptable, sobre todo en agosto. Así pues, el algoritmo tiene un trabajo más fácil para completar las zonas sin datos y la incertidumbre es menor.

A pesar de las dificultades y de las mayores incertidumbres, podríamos decir que entre 1933 y 1952 la serie de Walsh cuenta, en general, con suficientes observaciones como para que sus resultados sean aceptablemente fiables.

Antes de 1933, sin embargo, la situación empeora mucho más, pues hay importantes fuentes de datos que dejan de estar disponibles (AARI). Y empeora aún más antes de 1900, al desaparecer también los datos del DMI.

Por ejemplo, estas son las observaciones reales disponibles en agosto y septiembre de 1879 y 1850:

Casi todo el Ártico sin observaciones, por lo que el algoritmo tiene que encargarse de reconstruir la extensión de la banquisa prácticamente en todo el Ártico. Lógicamente, las incertidumbres sobre el resultado son enormes. Asimismo, esta falta de observaciones reales y dependencia del algoritmo, podría explicar la poca variabilidad de la banquisa en septiembre entre 1850 y 1930 según la línea roja de la primera gráfica de la entrada.

 

2. Incertidumbres derivadas del uso de los datos de Kelly (zonas en blanco de los mapas del DMI)

Una de las principales fuentes de datos para agosto antes de 1957 en la serie de  Walsh et al. 2016 es la compilación realizada por Kelly en 1979  (“An Arctic sea ice dataset 1901-1956”, en Glaciological Data Series; 5, 1979 pdf pag. 101 y siguientes), basada a su vez en los mapas elaborados por el Instituto Meteorológico de Dinamarca, el DMI.

Estos mapas del DMI, de carácter mensual, incluían en color rojo las distintas observaciones de la banquisa ártica disponibles durante cada mes. A su vez, rellenaban en color blanco las zonas de las que no tenían datos pero donde suele haber presencia de banquisa, acompañándolas de la leyenda “ice supposed but no information at hand” (hielo supuesto, pero sin información disponible).

La decisión que tomó Kelly, y que Walsh et al. heredaron en su serie, fue considerar estas zonas en blanco como realmente cubiertas de hielo.

Obviamente, el uso de datos no procedentes de observaciones reales aumenta la incertidumbre en los resultados de Walsh et al. 2016.  Además, cuando hay fuentes independientes con las que contrastar, las zonas en blanco de los mapas del DMI demuestran ser erróneas. Por ejemplo, comparamos el mapa del DMI de agosto de 1952 (a la izquierda) con las observaciones de AARI disponibles para dicho mes (en los mapas de la derecha: el azul indica agua abierta; mientras que en el mapa del DMI, todo es blanco “sin datos”):

(pinchar en la imagen para verla a mayor tamaño)

En este caso, no pasa nada, porque en ese año Walsh et al. 2016 ya están usando los datos de AARI, que corrigen al DMI. Pero, ¿qué ocurre en las zonas donde no hay una fuente alternativa? O, ¿qué ocurre antes de 1933, cuando los datos de AARI ya no están disponibles? Pues que Walsh et al. 2016 toman las zonas en blanco como cubiertas de hielo.

Las observaciones reales que aparecen en los mapas del DMI, en color rojo, son indudablemente útiles. Sin embargo, las zonas blancas son manifiestamente zonas sin datos, y no creo que deban considerarse como cubiertas de hielo. Al hacerlo, Walsh et al. añaden incertidumbres y restan consistencia a sus resultados.

Por si fuera poco, parece que Walsh et al. han cometido un error al desplazar un mes hacia atrás los datos de las zonas en blanco de los mapas del DMI. Es decir, en agosto están usando las zonas blancas de los mapas de julio, en julio las de junio, etc.

En el siguiente ejemplo, hay que fijarse en el estrecho de Hudson, entre la Isla de Baffin y la Península del Labrador (ver círculo negro). El mapa de Walsh et al. para agosto de 1935 (parte de abajo) muestra el estrecho cubierto de hielo, correspondiendo con la zona blanca del mapa del DMI… de julio (arriba a la izquierda), mientras que en el mapa de agosto del DMI (arriba a la derecha) esa zona aparece sin hielo:

(pinchar en la imagen para verla a mayor tamaño)

Si nos fijamos en el mar de Baffin, entre las isla de Baffin y Groenlandia, ahí también podremos comprobar como el mapa de Walsh de agosto se corresponde con el mapa del DMI de julio en lugar de con el de agosto.

He comprobado que este desplazamiento de un mes parece observarse en todos los años en los que Walsh et al. usan esta fuente (1900-1956 aproximadamente).

Este error añadiría aún más incertidumbre a los resultados. Aunque, como indico más arriba, incluso aunque fueran situadas en el mes correcto las zonas en blanco no deberían usarse como zonas cubiertas de hielo, sino como zonas sin datos. Su uso zomo zonas de hielo tan sólo añade incertidumbre y resta fiabilidad y consistencia a los resultados.

En conclusión, Walsh et al. 2016 han hecho un gran trabajo recopilando y combinando distintas fuentes de datos. Gracias sobre todo a la incorporación de los datos de AARI han solucionado muchos de los problemas que tenía su vieja serie, y a partir de 1933 ofrecen unos resultados ya aceptablemente fiables.

Sin embargo, entre 1900 y 1933 sus datos de extensión de la banquisa para el conjunto del Ártico deben tomarse con mucha prudencia, pues presentan grandes incertidumbres (por la propia escasez de observaciones reales, y por algún error metodológico como el uso de las zonas blancas de los mapas del DMI).

Si retrocedemos más, antes del año 1900 la fiabilidad de los resultados es sumamente escasa, y hay que tomar dichos resultados con grandes dosis de escepticismo. Simplemente, antes de 1900 no contamos con observaciones suficientes de la banquisa como para hacer una reconstrucción del conjunto del Ártico mínimamente fiable.


Recordar que el año pasado dediqué otras dos entradas más al análisis de la nueva serie de Walsh:

Analizando la nueva serie de Walsh: el salto de 1979

Analizando la nueva serie de Walsh: correlación con la temperatura en el Ártico

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(1) https://nsidc.org/data/docs/noaa/g10010-sea-ice-1850-onward/G10010_SIBT1850.pdf

“Stated succinctly, the process is as follows:

1.For each grid point p with no data in calendar month m and year y , and no data in the surrounding 2 months, areas with existing data in m-y are compared with calendar month m of all years 1900-2000 to select the best analogs. 

2.If the three best analog years do not have data at point p, the search is repeated by limiting the analog candidates to 1953-2000.

3. If Step 2 does not produce three analogs with data at point p , then fewer than three analogs are used.

4. Point p is “filled in” with the average concentration of the (up to) 3 analog fields.”

 

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Una respuesta a Walsh et al. 2016 : las incertidumbres

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