De pre-industriële temperatuur

In de klimaatwetenschap en het klimaatbeleid geldt de gemiddelde temperatuur over de periode 1850 – 1900 als pre-industrieel. Het is een pragmatische keuze, omdat er uit die periode voldoende meetgegevens zijn om een behoorlijk accurate schatting te maken van de gemiddelde wereldtemperatuur. Maar helemaal correct is het niet, want de industriële revolutie begon al halverwege de achttiende eeuw. De veranderingen die sindsdien plaatsvonden hebben een kleine, maar niet helemaal onbestaande invloed gehad op het klimaat, vooral door het gebruik van fossiele brandstoffen en ontbossing. Hoe groot de menselijk invloed was in de eerste eeuw van de industriële revolutie is onzeker. Het laatste IPCC-rapport schatte dat er een opwarmend effect moet zijn geweest dat ergens tussen de 0 en 0,2 graden lag.

Er zijn de afgelopen tijd twee artikelen gepubliceerd die meer duidelijkheid proberen te geven over de klimaatverandering in het laatste deel van de achttiende en de eerste helft van de negentiende eeuw. Ze zijn afkomstig van GloSAT, een samenwerkingsverband van acht onderzoeksinstellingen uit het Verenigd Koninkrijk.

Natuurlijk is de eerste eeuw van de industriële revolutie interessant vanwege het kleine beetje menselijke invloed, maar nog veel interessanter is het feit dat er toen meerdere grote vulkaanuitbarstingen plaatsvonden. Zo’n grote invloed van vulkanen op het klimaat is sindsdien niet meer voorgekomen. De bekendste uitbarsting uit die tijd is die van de Tambora in 1815. Het is de zwaarste vulkaanuitbarsting die door mensen is beschreven, en vermoedelijk ook de zwaarste die we ooit als mensheid hebben meegemaakt in de tijd dat we op aarde rondlopen. De aerosolen die zich na de uitbarsting in de stratosfeer verspreidden, zorgden ervoor dat 1816 in een aanzienlijk deel van het noordelijk halfrond de geschiedenis in ging als het “jaar zonder zomer”. Andere grote uitbarstingen waren die van: Laki (IJsland) in 1783 – 1784; een of meerdere onbekende vulkanen in 1808; Galunggung (Indonesië) in 1822; (vermoedelijk) Zavaritski (Koerilen, bij Rusland horende eilandengroep in de Stille Oceaan) in 1831; en Cosigüina (Nicaragua) in 1835. Het cumulatieve klimaateffect van zoveel grote uitbarstingen in een relatief korte tijd zou aanzienlijk groter en langduriger kunnen zijn dan de gevolgen van de uitbarstingen die we sindsdien hebben gezien, vooral op regionale schaal.

Instrumentele metingen

Het eerste artikel presenteert een dataset op basis van instrumentele metingen van de temperatuur aan het aardoppervlak, die teruggaat tot 1781. De al langer bestaande datasets, zoals GISTEMP, HadCRUT en Berkeley Earth beginnen allemaal pas in de tweede helft van de negentiende eeuw. Berkeley Earth heeft wel een gegevensreeks die al begint in 1750, maar dat zijn alleen metingen boven land. Temperatuurmetingen uit die tijd zijn weliswaar niet overvloedig beschikbaar, en de kwaliteit is niet altijd optimaal, maar ze zijn goed genoeg om een indicatie te geven van het klimaat in die tijd.

Voor de zeventig procent van het aardoppervlak die bestaat uit oceanen is het nog lastiger. Hiervoor werd altijd gebruik gemaakt van metingen van de watertemperatuur aan het oceaanoppervlak, uitgevoerd door scheepsbemanningen en later ook door automatische boeien. GloSAT baseert zich daarentegen op metingen van de temperatuur van de lucht die aan boord van schepen zijn gedaan. De laatste twee letters van de naam staan dan ook voor “air temperature”. Metingen van de zeewatertemperatuur van voor 1850 zijn schaars, de luchttemperaturen werden toen al wat vaker gemeten. Maar de resultaten moesten wel opgespoord worden in oude scheepslogboeken en vervolgens gedigitaliseerd. Dat werk werd deels gedaan door vrijwilligers, via het project Old Weather.

Er komt wel nog het een en ander aan correcties en kwaliteitscontrole aan te pas. Onder meer omdat schepen in de loop van de tijd steeds hoger zijn geworden, en het dek dus verder boven het wateroppervlak komt te liggen. Temperatuur neemt af met de hoogte, dus dat beïnvloedt de metingen. Thermometers op schepen zullen niet altijd goed worden afgeschermd van (direct of indirect) zonlicht. Daar worden de metingen op gecontroleerd en zo mogelijk voor gecorrigeerd. Lukt dat niet, dan worden ze niet gebruikt.

Tegenover de winst aan informatie van voor 1850 staat een verlies van recente gegevens. De grote vloot van Argo-boeien meet alleen de temperatuur van het water, en niet van de lucht. Die informatie moet dus nog altijd van schepen komen, en die geven hun meetresultaten vaak niet automatisch door aan onderzoeksinstellingen. Onderzoekers moeten daar dus zelf achteraan, en dat is een flinke klus.

Verder zijn er verbeteringen in de verwerking van metingen van de temperatuur boven land. Er is een nieuwe methode ontwikkeld om meetgegevens van weerstations die al lang niet meer bestaan te vergelijken met de temperaturen van de referentieperiode 1961 – 1990, door gebruik te maken van gegevens van naburige stations. Daardoor kunnen bijvoorbeeld gegevens worden gebruikt van stations die maar vrij kort actief zijn geweest. Ook is de methode verbeterd om oude metingen te corrigeren voor de minder goede behuizing van thermometers in het verleden, waardoor ze vaak niet goed waren afgeschermd van opwarming door direct of gereflecteerd zonlicht.

De afkoeling door de grote vulkaanuitbarstingen in de eerste decennia van de negentiende eeuw is duidelijk zichtbaar in de grafiek hierboven. In veel paleoklimatologische reconstructies is dat effect minder goed te zien, maar er zijn meerdere oorzaken waardoor dergelijke studies die afkoeling zouden kunnen onderschatten. De lage temperatuur helemaal aan het begin van de grafiek is waarschijnlijk het gevolg van een overschatting van de invloed van de uitbarsting van de vulkaan Laki, door de beperkte mondiale dekking van metingen. De grafiek zou de indruk kunnen wekken dat de variatie van jaar tot jaar in de achttiende eeuw groter was dan nu, maar dat is niet zo. De grotere variatie is het gevolg van de grotere onzekerheid in de metingen. De verschillen tussen GloSAT en andere datasets vanaf midden negentiende eeuw zijn heel klein. GloSAT laat een fractie minder opwarming zien.

Regionale veranderingen

Temperatuurdatasets geven niet alleen mondiale, maar ook regionale temperatuurveranderingen weer. Ook GloSAT doet dat. Voor de vroegste periode blijft de kaart wel nog grotendeels leeg. Niet omdat er voor de lege gebieden helemaal geen gegevens zijn, maar het zijn er te weinig om met voldoende nauwkeurigheid de temperatuur van die locaties te kunnen schatten. De informatie over regionale veranderingen kan meer inzicht geven in de invloed van klimaatverandering op bijvoorbeeld stromingspatronen in de atmosfeer en de oceaan, of op vegetatie. Effecten die op hun beurt weer het regionale of zelfs het mondiale klimaat kunnen beïnvloeden.

Simulaties voor de vroege industriële tijd

Een tweede artikel beschrijft de resultaten van simulaties met een aardsysteemmodel van de klimaatverandering sinds 1750, en vergelijkt die met simulaties die in 1850 starten. Volgens de simulaties zou de menselijke invloed tussen 1750 en 1850 voor een opwarming van 0,1 °C hebben gezorgd. Een kleine invloed dus, zeker in vergelijking met het effect van de grote vulkaanuitbarstingen aan het begin van de negentiende eeuw, maar niet helemaal niets.

Een interessante constatering is de invloed op modelresultaten van het jaar waarin simulaties starten. Verschillen worden waarschijnlijk veroorzaakt door na-ijleffecten van die periode met sterke vulkanische activiteit, onder meer in vegetatie en de warmte-inhoud van de oceaan. Die kunnen in 1850 nog invloed hebben op het klimaat. Als bij simulaties die starten in 1850 wordt aangenomen dat het klimaat dan in evenwicht is, is dat vertrekpunt dus niet helemaal correct. Een langere aanloop kan dan betere resultaten opleveren. Op mondiale schaal zijn de verschillen klein, op regionale schaal kunnen ze groter zijn.

En nu?

Ik denk niet dat er reden is om beleidsmatige consequenties aan dit onderzoek te verbinden. Een politieke discussie over wat je nu precies zou moeten zien als de pre-industriële temperatuur heeft weinig zin, zolang we nog lang niet op koers liggen om wereldwijd afgesproken doelstellingen te halen.

Voor de wetenschap is dit onderzoek zeker interessant. Meer inzicht in de temperatuurpatronen die voorkwamen in de eerste helft van de negentiende eeuw, met zijn uitzonderlijke vulkanische activiteit, kan helpen om klimaatmodellen verder te verfijnen. Het is niet voor niets dat er in de artikelen veel aandacht is voor juist de verschillen tussen diverse datasets, en tussen metingen en simulaties. Die verschillen zijn niet zo groot, maar ze laten wel zien waar nog nieuwe kennis te halen is. Kennis die uiteindelijk weer bruikbaar kan zijn om meer zicht te krijgen op het toekomstige klimaat, en dus op de gevolgen en risico’s van klimaatverandering.