Temperatuur sinds 1850
In dit artikel kijken we naar de verandering van de gemiddelde temperatuur op aarde sinds 1850. Deze periode krijgt de meeste aandacht omdat het een indicatie is voor de opwarming sinds het begin van de industrialisatie (soms wordt ook 1750 als startpunt gekozen). De vraag of er sprake is van opwarming is echter volledig afhankelijk van de periode waarover we kijken. Sinds 1850 (of 1750) is sprake van opwarming, maar sinds de middeleeuwen of eerdere periodes is sprake van een duidelijke afkoeling. Dit laten we zien in het artikel over de temperatuurhockeystick en over de temperatuur in historisch perspectief.
In onderstaande grafiek is met de blauwe lijn de verandering van de gemiddelde wereldtemperatuur weergegeven. Het is duidelijk dat er een stijgende lijn is. Deze grafiek is gebaseerd op de officiële gegevens van HadCRUT4, een wereldwijde temperatuurgegevensset van temperatuurafwijkingen (anomalieën) van over de hele wereld.
In de periode 1975 tot 2005 was de gemiddelde stijging relatief hoog: 0,018°C per jaar, ofwel 1,8 °C per eeuw. Sinds 1998 is de stijging afgevlakt naar 0,013 °C per jaar. Opmerkelijk is dat in de periode 1910 tot 1945 een vergelijkbare periode van stijgende temperaturen te zien was van 0,014 °C per jaar, terwijl de CO₂-concentratie en de stijging daarvan toen veel kleiner waren. In de periode 1945 tot 1975 was zelfs een kleine daling te zien van de gemiddelde temperatuur (-0,002 °C per jaar).
Klopt de grafiek?
De eerste grafiek zoals hierboven gepresenteerd, vormt de basis voor de veronderstelde klimaatcrisis: het idee dat de aarde als gevolg van de extra uitstoot van CO₂ sinds de industriële revolutie op een ongecontroleerde wijze aan het opwarmen is. Ook in het nieuwste IPCC rapport (AR6) vormt deze grafiek onderdeel van hun bewijs dat de mens verantwoordelijk zou zijn voor de opwarming van de aarde.
Bij deze grafiek zijn echter de nodige kanttekeningen te plaatsen.
- Wat is precies de betekenis van de “gemiddelde temperatuur op aarde”?
- Waar wordt de temperatuur gemeten?
- Hoe nauwkeurig zijn de temperatuurmetingen?
- Wat is de invloed van verstedelijking?
- Welke aanpassingen zijn gedaan op de oude meetresultaten?
Gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak
Als we het hebben over de temperatuur op aarde, dan wordt over het algemeen gedoeld op de luchttemperatuur net boven het aardoppervlak. Het meten van deze temperatuur kan op allerlei manieren plaatsvinden en is op zich niet heel ingewikkeld. Op onder meer de website van het KNMI is hierover veel informatie te vinden.
Maar de grote vraag is hoe je vervolgens de gemiddelde temperatuur op aarde bepaalt. Er zijn grote temperatuurverschillen tussen dag en nacht, per seizoen en afhankelijk van de plaats op aarde. De temperaturen variëren van -98 °C tot +55 °C. Dit maakt het moeilijk om heel precies de gemiddelde temperatuur op aarde te bepalen, waarbij het gaat om tienden van graden over 10 jaar. Voor een deel wordt dit probleem ondervangen door niet naar de absolute (gemiddelde) temperatuur te kijken, maar alleen naar de afwijkingen in de tijd ten opzichte van langjarige gemiddelde op een bepaalde plaats, de zogenaamde anomalieën. Maar ook dan zijn er vele problemen die tot fouten kunnen leiden.
Zoals te zien is, is er een grote spreiding tussen de verschillende waarden. Deze bestrijken een gebied van wel 18 °C. Ongeveer de helft van alle stations laten jaarlijks een afkoeling zien en de andere helft een opwarming. Voor elke waarneming geldt dat er een behoorlijke onnauwkeurigheid is (zie hieronder). Het jaarlijkse gemiddelde dat is aangegeven met de gele lijn, verandert in de tijd maar heel weinig. Om toch wat te kunnen laten zien, worden alle oorspronkelijke meetpunten bijna altijd weggelaten en ingezoomd op de verticale schaal. Dat resulteert dan in een grafiek zoals hierboven te zien is in Afbeelding 1.
Selectieve metingen
Dit alles betekent dat voor grote gebieden de temperatuur op elk moment ingeschat moet worden. Zoals we weten uit ons eigen land zijn er soms flinke lokale temperatuursverschillen op relatief kleine afstanden. Door het gebrek aan voldoende meetpunten op bijvoorbeeld de oceanen, in Afrika, Azië, de poolgebieden, enzovoorts, kunnen dus grote fouten ontstaan.
De invloed van verstedelijking
Een van de grootste problemen bij de temperatuurmetingen op land is het zogenaamde Urban Heat Island-effect, oftwel de invloed van verstedelijking op de gemeten temperatuur. Gebouwen en bestrating in de omgeving van een meetstation zorgen voor een hogere temperatuur. Veel meetstations stonden aanvankelijk is een landelijke omgeving zonder deze invloeden. Door de toenemende verstedelijking lijkt de temperatuur dus meer gestegen dan deze in werkelijkheid is.
Een bekend voorbeeld is het verschil in temperatuurstijging tussen Tokyo en Hachijo. Hachijo is een eiland ten zuiden van Tokyo. Door de toename van bebouwing in de omgeving van het meetstation in Tokyo is de temperatuur daar sinds 1907 met 1,0 °C méér gestegen dan in het landelijke Hachijo.
Al 1996 heeft klimatoloog Jim Goodridge over dit onderwerp gepubliceerd in het Bulletin of the American Meteorological Society. Hierin heeft hij de temperatuurontwikkeling in de verschillende counties van Californië onderverdeeld naar de groei van de bevolking. Onderstaande grafiek laat het probleem in een oogopslag zien: de dichtbevolkte gebieden laten een veel sterkere stijging zien dan dunbevolkte gebieden.
Een uitgebreidere uiteenzetting van het UHI-effect is hier te vinden.
Onnauwkeurigheid van de metingen
Een ander probleem bij het bepalen van de gemiddelde temperatuur op aarde is de onnauwkeurigheid van de meetwaarden. In principe is het mogelijk temperatuur met een nauwkeurigheid van 0,2 °C te meten. In werkelijkheid is de onnauwkeurigheid van historische metingen echter veel groter.
De meetstations zijn onderverdeeld in 5 categorieën volgens het Climate Reference Network (CRN): CRN 1-stations worden het minst waarschijnlijk beïnvloed door nabijgelegen warmte- of koelingsbronnen, terwijl CRN 5-stations het meest waarschijnlijk worden verstoord door lokale effecten. Slechts 80 van de 1007 onderzochte meetstations viel in de categorieën CRN1 en CRN2. Meer dan 70% van alle stations waren zo slecht dat de extra onzekerheid van de gemeten temperatuur 2 °C of meer was; in 6% van de gevallen zelfs meer dan 5 °C.
Uit een vervolgonderzoek uit 2022: Corrupted Climate Stations van het Heartland instituut, blijkt dat de situatie sinds 2008 niet is verbeterd. Integendeel, ongeveer 96% van de Amerikaanse temperatuurstations die worden gebruikt om klimaatverandering te meten, voldoet niet aan wat de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) beschouwt als "aanvaardbaar" volgens haar eigen gepubliceerde normen. Het onderzoek toont aan dat metingen van deze stations corrupt zijn door lokale effecten van verstedelijking: ze meten nu een hogere temperatuur vanwege de nabijheid van asfalt, machines en andere warmteproducerende, warmte-vasthoudende of warmte-accentuerende objecten. De correct geplaatste stations die voldoen aan de norm van NOAA, vertonen ongeveer de helft van de opwarming ten opzichte van de niet-correcte stations.
De resultaten zijn van toepassing op Amerikaanse meetstations, maar er zijn geen aanwijzingen dat het met weerstations elders op de wereld heel veel beter is gesteld.
Homogenisaties
Naast alle problemen bij het meten van de luchttemperatuur heben de meteorologische diensten ook nog aanpassingen uitgevoerd op oude meetresultaten. Het gaat hierbij om zogenaamde homogenisaties: correcties op oorspronkelijke meetgegevens ter compensatie van veranderingen in de meetopstelling of meetomgeving. Veel meetstations zijn bijvoorbeeld in de loop der jaren op het meetterrein verhuisd, waardoor de omstandigheden net iets anders kunnen zijn. Of in de nabijheid van een meetstation is de bebouwing toegenomen, waardoor een te hoge temperatuur wordt gemeten (zie Urban Heat Island-effect).
Het is echter twijfelachtig of de metingen nog een betrouwbaar beeld geven na dit soort aanpassingen. Het heeft er vooral toe geleid dat oude temperaturen naar beneden zijn bijgesteld, waardoor het nu warmer lijkt dan het in werkelijkheid is. Een uitgebreidere uiteenzetting over de dubieuze homogenisaties is hier te vinden.
Satellietmetingen
Sinds 1979 zijn er ook satellietmetingen beschikbaar van het Amerikaanse meteorologische instituut NOAA over de gemiddelde temperatuur op aarde. Sinds het begin van de metingen laten die een temperatuurstijging zien van ongeveer 0,5°C, dat komt overeen met ongeveer 0,013°C per jaar. Temperatuurmetingen op basis van satellieten hebben belangrijke voordelen.
- Het gebied waarover zij meten is veel groter; ze meten ook boven zee en afgelegen gebieden met weinig meetstations.
- De satellieten meten de temperatuur van de onderste laag van de atmosfeer en registreren geen verstorende opwarmingseffecten door verstedelijking.
Hieronder zijn de grafieken weergegeven op basis van satellietmetingen sinds het begin van de metingen (links) en over de afgelopen 25 jaar (rechts). Ondanks de stijgende CO₂-concentratie is in deze laatste periode geen substantiële opwarming meer zichtbaar.
De temperaturen zijn hier afkomstig van de UAH-satelliet temperatuur dataset van het NSSTC (National Space Science & Technology Center).
Verbeterde reconstructie
Weersatellieten hebben gezorgd voor een grote verbetering van de kwaliteit van de temperatuurmetingen. De grootste uitdaging ligt daarom in een correcte reconstructie van het temperatuurverloop van vóór 1979. Door alle problemen, onnauwkeurigheden en aanpassingen is het onwaarschijnlijk dat de temperatuurgrafiek in Afbeelding 1 voor die periode correct is.
In het onderzoek uit 2015 naar de invloed van de zon op de temperatuur hebben de onderzoekers Soon, Connolly en Connolly een reconstructie gemaakt van het temperatuurverloop in de afgelopen 140 jaar, waarbij ze zijn uitgegaan van de meetgegevens uit gebieden met relatief veel landelijk gelegen meetstations. De keuze voor landelijk gelegen meetstations is belangrijk om geen verstorende invloed te hebben van het urban heat island-effect (hitte-eilandeffect). Omdat er op het zuidelijk halfrond in de afgelopen periode te weinig landelijk gelegen meetstations waren, beperken zij zich tot het noordelijk halfrond.
In de volgende grafiek is met de rode lijn het temperatuurverloop weergegeven op basis van alle beschikbare GHCN (Global Historical Climatology Network) meetstations op het noordelijk halfrond. Deze grafiek vertoont grote gelijkenis met de grafiek uit Afbeelding 1 die op dezelfde brongegevens is gebaseerd, maar dan voor de gehele aarde. Er is een groot verschil met de blauwe lijn die het verloop weergeeft van de dataset met voornamelijk landelijk gelegen meetstations.
De reconstructie van Soon laat een opwarmende trend zien in de periodes 1880-1940 en 1980-2000 en een meer uitgesproken afkoeling in de jaren 1950-1970. Als gevolg hiervan is de relatieve opwarming van het midden van de 20e eeuw vergelijkbaar met de recente opwarming. De onderzoekers hebben deze reconstructie vergeleken met andere waarnemingen, te weten zee-oppervlaktetemperaturen, gegevens over de groei en afname van gletsjers en die van jaarringen van bomen. Met alle drie blijkt de nieuwe reconstructie goed verenigbaar. Het cyclische patroon in deze reconstructie sluit ook veel beter aan bij historische waarnemingen van extremen (bijvoorbeeld hittegolven of het aantal zeer warme dagen).
De reconstructie van Soon spoort niet met het gemiddelde de klimaatmodellen van het IPCC (CIMP5), die vooral gebaseerd zijn op de veronderstelde invloed van door mensen uitgestoten CO₂. Volgens de onderzoekers houden deze modellen te weinig rekening houden met de invloed van de zon op het klimaat. Een uitgebreidere uiteenzetting over de invloed van de zon op het klimaat is hier te vinden.
Referenties
Fall, Souleymane, Anthony Watts, John Nielsen-Gammon, Evan Jones, Dev Niyogi, John R. Christy, en Roger A. Pielke Sr. ‘Analysis of the Impacts of Station Exposure on the U.S. Historical Climatology Network Temperatures and Temperature Trends’. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 116, nr. D14 (2011). https://doi.org/10.1029/2010JD015146.
IPCC. ‘Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change’. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2021. https://doi.org/10.1017/9781009157896.
‘KNMI - Meteorologische meetinstrumenten’. Geraadpleegd 11 juni 2023. https://www.knmi.nl/kennis-en-datacentrum/uitleg/meteorologische-meetinstrumenten.
‘Lijst van weerrecords’. In Wikipedia, 10 februari 2023. https://nl.wikipedia.org/w/index.php?title=Lijst_van_weerrecords&oldid=63805710.
Lindzen, Richard S., en John Christy. ‘The Global Mean Temperature Anomaly Record’. CO2 Coalition (blog). Geraadpleegd 12 februari 2023. https://co2coalition.org/publications/the-global-mean-temperature-anomaly-record/.
Morice, C. P., J. J. Kennedy, N. A. Rayner, J. P. Winn, E. Hogan, R. E. Killick, R. J. H. Dunn, T. J. Osborn, P. D. Jones, en I. R. Simpson. ‘An Updated Assessment of Near‐Surface Temperature Change From 1850: The HadCRUT5 Data Set’. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 126, nr. 3 (16 februari 2021). https://doi.org/10.1029/2019JD032361.
Soon, Willie, Ronan Connolly, en Michael Connolly. ‘Re-Evaluating the Role of Solar Variability on Northern Hemisphere Temperature Trends since the 19th Century’. Earth-Science Reviews 150 (november 2015): 409-52. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.08.010.
Watts, Anthony. ‘Corrupted Climate Stations’. Haertland Institute, 27 juli 2022. https://heartland.org/opinion/media-advisory-96-of-us-climate-data-is-corrupted/.
‘Never before Published Paper on UHI and Siting – Goodridge 1987 • Watts Up With That?’, 16 augustus 2012. https://wattsupwiththat.com/2012/08/16/never-before-published-paper-on-uhi-and-siting-goodridge-1987/.