Een nieuwe blik op de temperatuur tijdens ons verleden

De illustratie hierboven geeft een fraaie samenvatting van een nieuwe paleoklimatologische studie van Kaufman et al. over de ontwikkeling van de mondiale temperatuur tijdens het Holoceen. Het Holoceen is de geologische periode die ongeveer twaalfduizend jaar geleden begon en waarin wij onze huidige beschaving hebben opgebouwd. De temperatuur van de aarde tijdens ons verleden is onderwerp van veel onderzoek. Het geeft ons een idee hoe de klimaatomstandigheden van onze voorouders moeten zijn geweest en het kan de huidige toestand van het klimaat in perspectief plaatsen. De illustratie laat zien dat de huidige piek in de temperatuur nogal uitsteekt t.o.v. de temperatuur van het Holoceen. Door de onzekerheid in de bepaling van de temperatuur in een dergelijke reconstructie en de lagere tijdsresolutie is het echter niet geheel uit te sluiten dat er de afgelopen twaalfduizend jaar een periode is geweest waarin het ongeveer net zo warm was als nu.

Voorafgaand aan de nieuwe Kaufman-studie is vorig jaar door een consortium van onderzoekers (Pages2K) een nieuwe temperatuurreconstructie van de afgelopen tweeduizend jaar gepubliceerd (zie figuur 1). Het eerste deel van de twee millennia was beduidend warmer dan het laatste deel, met uitzondering van de twintigste eeuw. De eeuwen voor 1850 kenmerkten zich door een langzame afkoeling die rond 1850 werd afgebroken door een sterke opwarming. Opnieuw een bevestiging van de bevindingen van de in de klimaatwereld beroemde artikelen met de hockeystick-grafiek van Mann, Bradley en Hughes uit 1998 en 1999. Volgens het Pages2K-consortium is de snelheid van de recente opwarming veel hoger, over periodes van 20 jaar of meer, dan van elke andere vergelijkbare periode vanaf het jaar 0.

Figuur 1. Temperatuurreconstructie van de afgelopen tweeduizend jaar van het Pages2K-consortium. De referentieperiode is 1961-1990, de gekleurde lijnen betreffen medianen van ensembles van verschillende reconstructiemethoden met een 30-jaar filter. De zwarte lijn, de instrumentele data, is gebaseerd op de Cowtan-Way dataset. Bron: Figuur 1a uit Neukom et al. 2019.

En dan is er nu een nieuwe mondiale temperatuurreconstructie van het gehele Holoceen, een studie geleid door Darrell Kaufman, lid van de Pages2K stuurgroep en coauteur van het artikel over de temperatuurreconstructie van de afgelopen twee millennia. Je zou deze nieuwe studie een vervolg en verdieping kunnen noemen van de eerste temperatuurreconstructie van het Holoceen van Marcott et al. uit 2013. Voor de nieuwe reconstructie hebben de onderzoekers gebruik gemaakt van 1319 verschillende datasets afkomstig van 679 verschillende plekken op de wereld, veel meer dan voor de studie van Marcott was gebruikt. De datasets bestaan uit gegevens afkomstig van bijvoorbeeld pollen, koralen en grondlagen in meren en oceanen waaruit de temperatuur kan worden afgeleid. De database met al deze datasets is beschreven in een eerder dit jaar verschenen Nature-artikel. Deze zogenaamde Temperature-12K database heeft versienummer 1.0.0, dat belooft dat er net als bij Windows nog meerdere versies zullen volgen. Wetenschap is nooit af.

Voor de nieuwe Temperature-12K reconstructie zijn door Kaufman en collega’s vijf verschillende statistische methoden gebruikt. Het gepresenteerde eindresultaat zoals in de illustratie aan het begin van het blogstuk, is gebaseerd op alle vijf methoden. Bij elke methode is een groot aantal mogelijke reconstructies berekend die samen de bandbreedte van het verloop van de temperatuur weergeven. In totaal was dat voor deze studie een ensemble van 2500 reconstructies, 500 voor elke methode. Zie ook figuur 2.

Figuur 2. De nieuwe temperatuurreconstructie van het Holoceen. De gekleurde lijnen geven de mediaan van de ensembles van vijf verschillende statistische methoden weer, de grijze banden de onzekerheidsgrenzen (5% percentielen) van alle ensembles (2500) gecombineerd. De donkerblauwe lijn is de Pages2K-reconstructie en de zwarte lijn de instrumentele temperatuurdata van de laatste 100 jaar (ERA-20C). De referentieperiode is 1800-1900. Bron: figuur 3 van Kaufman et al. 2020.

Komende uit de laatste ijstijd nam de temperatuur op aarde in begin van Holoceen nog enige tijd toe. Volgens de Temperature-12K reconstructie was de warmste periode van 200 jaar de periode rond 6500 BP (4550 jaar v.C.) met een temperatuur die gemiddeld circa 0,7 °C warmer was dan de 19e eeuw, de gebruikte referentieperiode. Deze referentieperiode is qua temperatuur heel goed vergelijkbaar met wat men nu vaak de pre-industriële periode (1850-1900) noemt en waaraan we vaak de huidige temperatuurstijging refereren. Zo was het afgelopen decennium gemiddeld circa 1 °C warmer dan 1850-1900. Na de warme periode rond 6500 BP volgde een langzame afkoeling met een snelheid die circa -0,08 °C per millennium bedroeg, een gevolg van de veranderingen van de baan van de aarde om de zon (Milankovic-cycli).

Voor 80% van het totale ensemble van 2500 reconstructies is er geen interval van 200 jaar te vinden dat warmer is dan de gemiddelde temperatuur van het afgelopen decennium. Bij 20% van het ensemble is dat wel het geval en dat zijn voornamelijk reconstructies gebaseerd op een en dezelfde statistische methode (de methode CPS, “Composite Plus Scale”). Het is natuurlijk ook interessant hoe de nieuwe Temperature-12K reconstructie van het Holoceen zich verhoudt tot de reconstructie van Marcott et al. uit 2013. De twee reconstructies komen goed overeen, de verschillen zitten vooral in de eerste vier millennia van het Holoceen, zie figuur 3.

Figuur 3. De vergelijking van de Temperature-12K-reconstructie met de oudere reconstructies van Marcott et al 2013. en Shakun et al. 2012.

De onderzoekers geven aan dat met name de reconstructies gebaseerd op de CPS-methode behoorlijk afwijken van de reconstructie van Marcott et al. en ook van andere reconstructies zoals die van Shakun et al. uit 2012. Ze schrijven echter dat ze geen onweerlegbaar bewijs hebben om de CPS-reconstructies uit te kunnen sluiten en dat het ook mogelijk is dat de reconstructies gebaseerd op de andere statistische methoden de algehele variantie onderschatten. Dat de CPS-methode de grotere onzekerheid in de temperatuurreconstructie in het begin van het Holoceen en de warmere periode rond 6500 BP veroorzaakt, heb ik gepoogd duidelijk te maken in figuur 4. Hierin zijn voor elke gebruikte statistische methode de afzonderlijke 90%-ranges weergegeven.

Kaufman e.a. geven aan dat ze geen objectieve middelen hebben om aan te geven welke statistische methode het beste resultaat geeft. Ze raden daarom aan dat onderzoekers die deze reconstructie willen gebruiken bij de bestudering van de evolutie van de temperatuur tijdens het Holoceen, uitgaan van de mediaan van het volledige ensemble van 2500 reconstructies, samen met de 90%- range voor het aangeven van de onzekerheid. Het weglaten van de CPS-reconstructies beïnvloedt de mediaan maar in geringe mate.

Ongetwijfeld wordt dit alles vervolgd want, zoals gezegd, wetenschap is nooit af, op naar versie 1.1.0 van de Temperature-12K reconstructie.

Figuur 4. De 90% onzekerheid (5-95 percentielen) van de 500 reconstructies van elke afzonderlijke statistische methode gebruikt bij de Temperature-12K reconstructie. Data via figshare.

Degene die geïnteresseerd is de mooie wetenschappelijke illustratie die bovenaan dit blogstuk staat, kan terecht op de website van de illustrator, Victor Leshyk. De originele illustratie is te downloaden via de Pages-website.

12 Reacties op “Een nieuwe blik op de temperatuur tijdens ons verleden

  1. Sjouke Kingma

    Interessant verhaal met mooie grafieken! Steeds absurder wordt in dit licht het optreden van een zekere Nederlandse ‘journalist’ die al 15 jaar met trots vertelt hoe hij meewerkte aan het ontmaskeren van het ‘bedrog’ van de hockeystick-grafiek van Michael Mann…

  2. Jos,

    De sample spacing van de gebruikte database is gemiddeld 164 jaar. Dat wil zeggen dat schommelingen met een tijdsduur in de orde van 164 jaar of korter niet worden opgemerkt. De gevonden waarde voor de gemiddelde oppervlakte temperatuur is een gemmiddelde voor een tijdspanne van 164 jaar. Je moet dus, als je het wetenschappelijk correct wilt doen, de gemiddelde temperatuur van de afgelopen 164 jaar uitrekenen en daar de grafiek mee eindigen. Bovendien is de onzekerheid in de meetwaarde van de laatste 164 jaar is erg klein omdat er heel veel meetpunten zijn.

  3. Fulco,

    Over het niet zichtbaar zijn van een piek van 1 graad in een dergelijke reconstructie is jaren terug al het e.e.a. geschreven door Tamino i.v.m. Marcott et al. 2013. Zo’n piek zou zeker zichtbaar zijn in de data:
    https://tamino.wordpress.com/2013/04/03/smearing-climate-data/

    Kaufman et al. geven aan dat de vergelijking met het laatste decennium best te maken valt, ze noemen die zelfs conservatief: “This comparison is conservative in context of temperatures projected for the rest of this century and beyond, which are very likely to exceed 1 °C above pre-industrial temperature.”

    En ik spreek hier al in de eerste alinea over de lagere tijdsresolutie, wellicht heb je dat gemist. Staat ook in het artikel trouwens, het is openbaar dus niets weerhoud je ervan om het zelf te lezen:
    “Nonetheless, comparing average temperatures between intervals of different durations can be problematic because shorter intervals tend to capture more variability (including maximum warmth) than when time series are averaged over longer intervals.”

  4. Bob Brand

    Beste Fulco,

    Dit is overigens onjuist: “De sample spacing van de gebruikte database is gemiddeld 164 jaar. Dat wil zeggen dat schommelingen met een tijdsduur in de orde van 164 jaar of korter niet worden opgemerkt.

    Ga zelf maar na: het betreft een tijdspanne van 12000 jaar. Als er één sample per 164 jaar zou zijn… dan zou de TOTALE database slechts uit 12000/164 = 73 datapunten bestaan? Dat is uiteraard niet zo.

    Wat men bedoelt is dat één individuele proxy-reeks gemiddeld elke 164 jaar een sample (datapunt) bevat… echter:

    – er is niet één individuele proxy-reeks gebruikt;
    – maar er zijn juist 1319 verschillende proxy-reeksen gebruikt.

    Samen bemonsteren deze 1319 verschillende reeksen (met elk afzonderlijk gemiddeld (!) iedere 164 jaar een datapunt) de 12000 jaar met een veel grotere frequentie dan één afzonderlijke reeks. Dat staat ook in de publicatie:

    … (average sample spacing of 164 years) with well-established time scales (average of 1.0 age control points per 1000 years) that was selected from a much larger collection of temperature-sensitive proxy records. The multi-proxy database includes a total of 1319 paleo-temperature records from 470 terrestrial and 209 marine sites where ecological, geochemical and biophysical proxy indicators have been used to infer past temperature changes.

    Juist voor het combineren van de ‘multi-proxy data’ (de 1319 afzonderlijke reeksen i.p.v. één reeks) gebruikt men de statistische procedures — om daaruit dan 2500 mogelijke temperatuurverlopen te herleiden.

    De Temperature 12k database bestaat dus uit véél meer dan in totaal 73 afzonderlijke datapunten. Het bestaat uit 1319 verschillende reeksen, waarvan elk afzonderlijk (!), gemiddeld, per 164 jaar een datapunt bevat.

  5. Jos,

    Het voorbeeld van Tamino en Marcott gebruikt variaties groter dan de sample breedte, deze vallen inderdaad op. De hockeystick is slecht 50 jaar breed en zou dus worden overvleugeld door de onzekerheid, welke ik overigens mis in het verhaal van Tamino en Marcott, en onzekerheid daar draait het nu net allemaal om.

    In de grafiek dienen objectieve vergelijkbare meetresultaten te staan, de getoonde grafiek is dat dus niet.

    [JH: ongefundeerde beschuldigingen zijn verwijderd, zie spelregels: https://klimaatveranda.nl/spelregels/ ]

  6. Bob Brand

    Beste Fulco,

    Nogmaals: de 1319 afzonderlijke proxy-reeksen, met telkens een verschillend moment waarop er ‘sampled’ wordt, bemonsteren samen met een veel hogere frequentie dan de (gemiddeld) eens-per-164 jaar van één afzonderlijke reeks.

    Het is dan ook uitgesloten dat een stijging zoals over de afgelopen 150 jaar, niet op zou vallen in het ensemble van 2500 reconstructies.

    In Figuur 1 van het paper, rechterkolom, zie je het aantal samples per 100 jaar. Het staat daar aangegeven per breedtegraad-gebied van 30 graden. Het zijn telkens vele tientallen tot honderden samples per 100 jaar en breedtegraad-gebied, bijv.:

  7. G.J. Smeets

    Jos,
    fascinerende informatie over de paleoklimatologische voortgang!
    Ik blijf effe stilstaan bij je inleiding:
    “Het Holoceen is de geologische periode die ongeveer twaalfduizend jaar geleden begon en waarin wij onze huidige beschaving hebben opgebouwd.”

    Onze huidige beschaving is gebaseerd op een viertal *landbouw*revoluties gedurende het Holoceen: 1) de neolithische revolutie (10K jaar geleden), 2) de Arabische revolutie (1K jaar geleden), 3) de Europese revolutie (3oo jaar geleden), 4) de Kunstmest & Gewasveredeling revolutie (vorige eeuw).
    Merk op dat 3) en 4) enkel mogelijk waren door productie en consumptie van fossiele energie.

    Ik vraag geen antwoord maar ik werp de vraag toch op: zou het kunnen dat de landbouwrevoluties 1-3 samenvallen met t-pieken in het holoceen? De reconstructies die je in je stuk meegeeft zijn te grofmazig om daarover een inschatting te geven. Wellicht dat de volgende versie van de Temperature-12K database fijnmaziger is.

  8. Goff,

    Een interessante gedachte. Ik kan er alleen wat over filosoferen, de kennis hierover ontbreekt bij mij. En ik wil niet te boek komen staan als een deskundige ondeskundige 😊.

    Voor mijn gevoel is bij de Arabische en de Britse landbouwrevolutie (zoals Wikipedia ze noemt) de wetenschappelijke aanpak wellicht ook belangrijk geweest. Rond de 10e eeuw kende de wetenschap een bloeiperiode in de Arabische wereld en dat zal vermoedelijk ook doorgewerkt hebben in de kijk op de landbouw. Tegelijk was de temperatuur op aarde toen iets hoger, zie figuur 1 in het blogstuk. De Britse landbouwrevolutie speelde zich juist af tijdens de Kleine IJsijd.

    Dat het Holoceen een relatief stabiel klimaat kende, zal vast een factor van betekenis zijn geweest bij de eerste landbouwrevolutie. Een landbouwer kon toen waarschijnlijk afgaan op ervaringen over gewassen en zaai- en oogsttijden opgedaan door zijn ouders, grootouders en overgrootouders. In het Holoceen zullen de landbouwomstandigheden minder snel zijn veranderd dan tijdens de overgang van de laatste ijstijd naar het Holoceen. En misschien hebben lokale klimaatomstandigheden ook een belangrijke rol gespeeld. Al met al een studieterrein op zich.

  9. Beste Bob,

    Excuses voor in jullie ogen ongefundeerde beschuldigingen, ik wil alleen aangeven dat duidelijk moet worden gemaakt of iets daadwerkelijk gemeten is of dat het om een opinie gaat, in mijn optiek is de hockeystick hier een opinie en geen gelijkwaardige meting, ongeacht of de hockeystick er nu wel of niet reeel is.
    Als je de temperatuur geschiedenis van een locatie zou willen reconstrueren aan de hand van meer verschillende meetreeksen dan zou jouw verhaal wel kunnen kloppen. Wat hier gebeurt is dat er een reconstructie wordt gemaakt van de gemiddelde wereld-temperatuur op basis van veel verschillende meetpunten. De gemiddelde resolutie van een meetpunt is 164 jaar. Wat jij beweert is dat doordat de meetreeksen niet synchroon lopen lokale pieken moeten opvallen in het ensemble. Dat betwijfel ik mede omdat de onzekerheid ruim 1 graad is. Is daar wiskundig onderzoek naar gedaan ?
    Ook in de laatste 164 jaar is de temperatuur stijging niet uniform over de aarde verdeeld. De mate van stijging is erg afhankelijk van menselijke invloeden, ongerept/ongewijzigd land laat weinig stijging zien en intensief gebruikt/veranderd land veel, We zijn van 70% ongerept land naar 30% ongerept land gegeaan in de afgelopen 164 jaar. Wellicht dat zonder menselijke activiteit de temperatuurreeksen vroeger minder uiteen liepen.

  10. G.J.Smeets

    Jos,
    “En misschien hebben lokale klimaatomstandigheden ook een belangrijke rol gespeeld. Al met al een studieterrein op zich.”

    Tja, dat heb je nou met deskundige ondeskundigen als ik 😎

    Nou ja, we gaan het allemaal meemaken en in de tussentijd zie ik uit naar een update van de Temperature-12K reconstructie.

  11. Bob Brand

    Beste Fulco,

    De gemiddelde resolutie van een meetpunt is 164 jaar. Wat jij beweert is dat doordat de meetreeksen niet synchroon lopen …

    Pardon? Uiteraard lopen de 1319 verschillende proxy-reeksen niet synchroon. Dat zou totaal absurd zijn, alsof de 1319 verschillende koralen, ijskernen, foraminifera, sediment-boringen, pollen, boomringen, algen en galactieten op deze 679 verschillende locaties ter wereld…

    … allemaal één-en-hetzelfde horloge aan boord zouden hebben… en dan allemaal gelijktijdig exact elke 164 jaar een datapunt neerzetten?!?

    Je begrijpt blijkbaar niet wat ‘multi-proxy’ betekent. Sommige van deze proxies, zoals boomringen, hebben een tijd-resolutie van zowat 1 jaar en deze resolutie neemt dan geleidelijk af naarmate je verder in het verleden komt. Andere hebben slechts 40 of zo datapunten, min-of-meer gelijk verdeeld over de 12000 jaar zoals bijvoorbeeld sommige sedimentkernen. Gemiddeld (!) is dat 164 jaar voor één proxyreeks.

    Echter, doordat er niet één maar 1319 verschillende proxy-reeksen zijn — die allemaal op andere momenten (!) en met uiteenlopende frequenties ‘sampled’ (bemonsterd) zijn — is er binnen elke ‘bin’ van 100 jaar een grote veelheid aan meetpunten. Ik heb je al gewezen op Figuur 1 van de publicatie. Daar staat het glashelder uitgelegd, ook in het bijschrift. In de laatste kolom van die figuur zie je:

    — dat er vele 10-tallen á 100-en meetpunten per 100 jaar zijn.

    Wat snap je niet aan Figuur 1?

  12. Bob Brand

    Fulco, overigens had je ook de moeite kunnen nemen om de (meerdere) linkjes te volgen naar het bronmateriaal om dan zelf in die database te kijken:

    https://www.nature.com/articles/s41597-020-0445-3.pdf

    https://www.ncdc.noaa.gov/paleo-search/study/27330

    Je ziet dan dat er in totaal ruwweg 1319 * (12000/164) = 96512 meetpunten zijn over de 12000 jaar. Zoals gezegd zijn de meetpunten in ongelijke intervallen verdeeld over deze periode. Dat zijn per 100 jaar dan ruwweg 804 datapunten (méér voor de recente eeuwen, minder lang geleden). Voor elk meetpunt is er een lange reeks aan metadata zoals ‘age’, ‘number of summer samples’, ‘number of winter samples’ en dat per ‘zone’, dus voor elk gebied van 30 breedtegraden op de aardbol.

    De functie van een multi-proxy reconstructie is nou juist om heel verschillende meetreeksen te combineren, teneinde:

    — een mondiaal dekkend overzicht te krijgen hoe de mondiaal gemiddelde temperatuur veranderde.

    Dat lukt je niet met één type proxy. Want koralen groeien immers niet op de polen en je hebt geen ijskernen uit de tropen. Je moet daartoe noodzakelijkerwijs verschillende typen proxies met elkaar combineren. Hoe men dat doet staat beschreven in de genoemde publicaties + database-documentatie.

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s