Intro (00:00:00) Thema des Podcasts (00:00:18) Willkommen zu unserer achten Folge beim datenleben-Podcast, dem Podcast über Data Science.Wir sind Helena und Janine und möchten euch die Welt der Daten näher bringen.In unserer Welt wird es immer wichtiger Daten in das Große Ganze einzuordnen.Als Data Science-Podcast wollen wir deswegen Data Science anhand von Themen erklären, die uns alle betreffen. Thema der Folge: Temperaturkurven (00:00:39) Letzten Folge war eine Recherchefolge, um verschiedene Einzelthemen des Klimawandels anzusehenEs ging um Temperaturkurven, Waldbrände und den MeeresspiegelanstiegHelena war begeistert von Temperaturkurven, weil hier besonders interessante Aspekte drin steckenz.B. wie man mit den Messdaten umgehen muss, um auf aussagekräftige Ergebnisse zu kommenDeswegen geht es in dieser Folge um Temperaturkurven, Probleme und Möglichkeiten bei der Analyse Warum sind Temperaturmessdaten interessant? (00:01:30) Wie in der letzten Folge ausgeführt, gibt es im Klimasystem der Erde verschiedene Kippelemente, die die Klimakrise verstärken können, wenn sie ausgelöst werdenDer Anstieg der Temperaturen kann verschiedene dieser Kippelemente triggernDaher ist es eines der wichtigsten Klimaziele die Erderwärmung über 1,5° zu verhindernDeswegen wollten wir genauer hinschauen, wie Temperaturmessungen auf globaler Skala funktionierenFolgende Fragen hatte ich nach der letzten Folge zum Thema Temperaturanstieg:Wie wird heute die globale Temperatur gemessen?Woher kennen wir die globale Temperatur des vorindustriellen Zeitalters?Wie wurde die globale Temperatur vor 50 Jahren, bzw. vor 100 Jahren gemessen?Wieso sind die Temperaturmessungen von heute mit denen von vor 100 Jahren vergleichbar? Einspieler: Die globale Temperatur (00:03:59) Seit dem 17./18. Jahrhundert gibt es Methoden, Temperaturen zu messen und zu vergleichenWoher wissen wir aber, welche Temperaturen auf der Erde herrschten lange bevor es Menschen gab?Das wissen wir aus den Klimaarchiven, den natürlich und menschenlichen DatenquellenForscher haben anhand des Minarals Siderit das Klima vor rund 55 Millionen Jahren rekonstruiertDie mittlere jährliche Lufttemperaur im heutigen Kolumbien lag bei gut 41° Celsius lagEis auf den Polkappen gab es in dieser Zeit nichtSchwankungen gab es schon immer, was ist aber an den aktuell steigenden Temperatur besonders?Warum sind die Aussagen der Klimakrisenspektiker, dass es das schon immer gab, so problematisch?Jetzige Temperaturanstieg ist bedrohlich, weil er so schnell ist, die Natur kann sich nicht anpassenSteigt die globale Temperatur weiter, werden wir bald erleben, wie der Planet ins Warmklima wechseltAber, obwohl wir über eine globale Erdtemperatur sprechen, ist es nicht so einfach sie zu bestimmenDas liegt daran, dass sich über die Zeit die Messmethoden geändert habenOder auch daran, dass wir nicht von allen Orten der Erde die Temperaturen kennenMan muss verschiedene Datenquellen unterschiedlicher Qualitäten miteinander in Beziehung setzenDazu muss man sie kalibrieren, d.h. sie vergleichbar machen und die Werte anpassen Wie wird die globale Temperatur bestimmt? (00:07:31) Man kann nicht einfach Messstationen aufstellen, deren Messungen nehmen und den Mittelwert berechnenGrund: Wert schwankt sehr stark je nach Messmethode (Satelliten vs. Bodengestützte Beobachtungen)Beispiel: Studie von 2003 gibt einen Anstieg von 15°C auf 15.6°C, NASA 2012 gibt 13.6°C auf 14.6°C anVergleicht man die errechnete Mitteltemperatur 2003 und 2012, scheint es, als sinke die TemperaturAber: Das liegt daran, dass die Unsicherheit bei der Berechnung der absoluten globalen Mitteltemperatur die gleiche Größenordnung hat, wie der TemperaturanstiegDie Relativtemperaturen können aber mit einer größeren Genauigkeit angegeben werdenDenn: die Erwärmung selbst lässt sich auf 0.1° genau bestimmen, der Absolutwert nur auf 1°Beispiel Treppenstufen: Man kann messen, wieviel höher man bei jeder einzelnen Stufe stehtMacht man das für Treppen, muss man auch die Unsicherheiten pro Stufe mitdenken (z.B. 1mm/Stufe)Die absolute Höhe der Treppe ist unsicherer, als die einer einzelnen TreppenstufeDas selbe gilt auch für Wetterstationen. Jede davon steht quasi für eine TreppenstufeUnd jede Station hat eigene Unsicherheitswerte für die Absoluttemperatur, die zusammengerechnet werden müssen (nicht addieren, its more complacated)Trotzdem können Stationen relativ zu früheren Werten darin übereinstimmen, dass es Erwärmung gibtAndere Schwierigkeit: Lücken in den Daten. Es sind längst nicht alle alten Daten digitalisiertOder: Es können auch Fehler beim Übertragen passierenFazit globale Temperatur: es ist also eher kompliziert, verschiedene Messmethoden kommen noch dazu Was ist eigentlich ein Thermometer? (00:14:30) Frage vorab: Womit wird Temperatur gemessen, was ist ein Thermometer?Die ersten 100 Jahre seit ca. 1880 war das Quecksilberthermometer der StandardQuecksilber ist das einzige Metall, dass auch flüssig ist; das Volumen dehnt sich bei Wärme ausDeswegen "klettert" das Quecksilber in seinem Glasröhrchen nach oben, darauf ist die TemperaturskalaMittlerweise wird elektrisch gemessen, dafür müssen Thermometer kalibriert werdenElektrischer Widerstand verändert sich je nach Temperatur, müssen aber eingemessen werden Wie wird Temperaturanstieg an Land gemessen? (00:20:56) Wenn man Temperatur misst, kommt es sehr stark darauf an, wo das Thermometer dafür angebracht istFrüher: immer an der Hauswand im SchattenAber: in der Nähe von Gebäuden ist es oft wärmer, als weiter weg; auch sind Städte wärmer als UmlandStichwort Mikroklima: auch innerhalb von Städten gibt es verschiedene klimatische BedingungenBeispiel: enger Straßenzug ist wärmer als ein kleiner Park in der NäheDen Effekt gibt es auch nachts, verschiedenen Umgebungen geben unterschiedlich Wärme wieder abDiese Effekte sind für Konzepte von städtischem Wohnen im Kontext Klimaerwärmung interessantBei Temperaturmessungen an Land, daher wichtig: Wo steht die Station?Messstationen können den Standort ändern, das kann zu Sprüngen in den Messreichen führenÄnderungen müssen für Korrekturen gut dokumentiert sein, aber oft fehlen diese InformationenArt der Messung geändert: statt an Hausfassaden im Schatten zu messen, misst man jetzt zwei Meter über dem Boden im Freien im Schatten und zwar digitalUm die Zahlen mit früheren Messungen vergleichen zu können, müssen sie dann kalibrier werdenWie kann man das denn wissen, dass das funktioniert mit dem Kalibrieren?Möglichkeiten: einfachste ist, dass man zwei Therometer parallel misst -> Korrekturwert bestimmenOder bei Wetterstationen in Städten: indem stürmische Tage mit windstillen Tagen verglichen werden,Dabei ist nur an windstillen Tagen der Wärmeinsel-Effekt spürbar Wie wird Temperaturanstieg im Ozean gemessen? (00:30:46) Messungen im Ozean: Seit jeher von Handelsschiffen, inzwischen auch von Wetterbojen durchgeführtAnfang des 20. Jahrhunderts warf man Eimer an einem Seil vom Schiff, später sog man das Wasser direkt in den MaschinenraumWir wissen, dass die Kessel-Methode zu tiefe Werte liefert, weil das Wasser verdunstet und abkühltWährend Messungen im warmen Maschinenraum zu hoch sindAuch das muss dann kallibriert werden, alte und neue Methode werden zeitweise parallel verwendetLücken bei Messungen: Daten aus der Arktis jenseits von Schiffsrouten fehlen zum BeispielUnter anderem deswegen fand die Mission des Forschungseisbrechers Polarstern in der Arktis stattVor 20 Jahren wurden stationäre Messungen im Meer angefangen durchzuführen mittelns BojenHier wird direkt im Ozean die Temperatur gemessen, diese liegt zwischen Eimer und MaschinenraumVermutung: Messungen von Schiffen aus, sind Daten eines menschlichen Klimaarchives (Logbücher) Wie wird Temperaturanstieg aus dem Weltraum gemessen? (00:38:14) Vorteil: Satelliten können in kurzer Zeit viele Daten über den gesamten Planeten liefernExkurs Physik: Was ist eigentlich Temperatur?Temperatur ist keine fundamentale Eigenschaft der Natur, sie setzt sich aus anderen Größen zusammenSie ist eine emergente Größe – ein Muster aus zugrundeliegenden StrukturenTemperatur ist im Wesentlichen die Beschreibung mikroskopischer Bewegungen von Molekülen und AtomenDabei steht die Temperatur erstmal nicht für eine konkrete Bewegungsenergie/Geschwindigkeit, sondern für eine Verteilung von BewegungsenergienFür Gase kann man die Maxwell-Bolzmann-Verteilung heranziehenEs entsteht Elektromagnetische Strahlung, wenn geladene Teilchen (wie Atomkerne/Elektronen) sich beschleunigt/gebremst bewegenAus der statistischen Verteilung der Bewegungen folgt eine statistische Verteilung dieser StrahlungIm Falle der meisten irdischen Temperaturen ist es ein nennenswerter Teil InfrarotstrahlungBeispiele: Glühbirnen und die Sonne leuchten wegen ihrer TemperaturDiese IR Strahlungsverteilung lässt sich dann von einem Satelliten aus MessenMisst der Satellit schräg, kann die Temperatur weiterer Atmosphärenschichten bestimmt werdenRandnotiz: Satelliten sind inzwischen auch oft paarweise unterwegs, um Informationen zusammen erfassen zu können (3D Modelle der Erdoberfläche, Gewicht von Eis zu bestimmen)Problematik: Satelliten werden durch Atmossphäre abgebremst, dadurch ändert sich der MesswinkelStrahlung messen funktioniert: Alles was eine Temperatur hat, gibt elektromagnetische Strahlung ab Fazit (00:49:51) Wie hängt das alles jetzt mit Data Science zusammen?Bei Temperaturmessungen hängt alles mit unserem Motto zusammen: Kenne Dein Messverfahren!Es spielen so viele Faktoren eine wichtige Rolle, dass es ein Paradebeispiel für Data Science istEs ist nicht nur einfach platte Statistik, man muss sich sehr viele Gedanken machenWie geht man mit fehlerhaften Daten der Vergangenheit um? Wie werden die digitalisiert?Helena würde jetzt ihre Fragen anders stellen, die sie am Anfang der Recherche zur Folge hatteWichtiger ist z.B. die Frage, worher wir wissen, das sich die Erde bereits um 1° erwärmt hatEs geht auch nicht darum, wie früher die globale Temperatur gemessen wurde, sondern es ist wichtig, wie Temperatur überhaupt gemessen wurdeWieso sind die Temperaturmessungen von heute mit denen von vor 100 Jahren vergleichbar? -> bleibt eine wichtige Frage, aufgrund der Kallibrierungen, die erfolgen müssen Nächste Folge: Jahresrückblick am 19.12.2020 (00:53:13) In der nächsten Folge wollen einen kleinen Jahresrückblick wagenUnser erstes halbes Podcast Jahr geht zu EndeEs ist eine globale Pandemie ausgebrochen, was wir auch in unserer zweiten Folge thematisiert habenDie Präsidentschaftswahl in den USA hat stattgefunden und die allermeisten sehr mitgerissenHelena wird ein wenig was zu Data Science Themen 2020 erzählenDas sind so ein paar Dinge, über die wir reden und auch was uns vielleicht im nächsten Jahr erwartet Call to Action (00:55:06) Wenn ihr uns weiter hören möchtet, könnt ihr uns abonnierenFolgt uns gerne auf Twitter unter @datenlebenOder besucht unsere Webseite: www.datenleben.deHinterlasst uns Feedback wenn ihr mögt, wir würden uns darüber sehr freuenHabt ihr Fragen oder Themen, die euch interessieren? Dann schreibt uns! Outro (00:55:57) Schlagworte zur Folge Messverfahren, Temperaturmessungen, Temperatur, Klima, globale Erwärmung, Satelliten, Wassertemperatur Quellen ETH Zürich, Peter Rüegg: Blick zurück auf das Klima der ZukunftQuarks: Warum eine globale Durchschnittstemperatur unsinnig istYoutube, NASAEarthObservatory: Modern Global TemperatureSpektrum, Stefan Rahmstorf: Verwirrspiel um die globale MitteltemperaturWikipedia: QuecksilberthermometerDeutscher Wetterdienst, Wetterlexikon: MikroklimaStefan Rahmstorf und Hans Joachim Schellnhuber: Der Klimawandel, hier S. 36.Wikipedia: Maxwell-Bolzmann-VerteilungCopernicus: Mission TanDEM-XTwitter, @NASAEarth: GRACE-FO uses two satellites flying in line together