Antieke temperaturen

 Meten is weten; een ouderwets gezegde, maar in deze tijd van klimaatmodellen meer dan ooit waar.  Er is een grote behoefte aan meer duidelijkheid over de invloed van de mens op klimaatveranderingen. Kennis van de natuurlijke variabiliteit van klimaat is daarbij onontbeerlijk, en dus zijn lange homogene meetreeksen nodig. Maar die zijn schaars.

De Labrijnreeks, ook wel de Zwanenburg/De Bilt reeks genoemd,  is een van de langste temperatuurreeksen ter wereld en begint in 1706. Het is een samengestelde reeks, een samenvoeging van reeksen van een zestal stations: Delft, Rijnsburg, Zwanenburg, Haarlem, Utrecht en De Bilt:


Fig.1    Bron: KNMI

Het laatste deel van de reeks zijn de KNMI data vanaf 1898 in De Bilt, vrijwel volledig de ‘moderne’  data vanaf 1901 bevattend. Er is al het nodige werk verzet om van deze heterogene datareeksen een min of meer consistente reeks te maken. Dat heeft niet zozeer te maken met de kwaliteit van de thermometers (die over het algemeen goed was) maar vooral met de wisselende omstandigheden op de diverse locaties. Ook de tijdstippen van meten waren niet voortdurend gelijk, er moest dus ook gestandaardiseerd worden. Al met al kan gesteld worden dat je de oudere Labrijndata met enige voorzichtigheid moet hanteren. Voor gemiddelde jaartemperaturen geldt dat voorbehoud natuurlijk minder dan voor maand- en vooral etmaaldata.


Fig.2    Bron: KNMI

Bovenstaande grafiek geeft de Labrijn jaartemperatuur (verticaal) weer t/m 2022 met loessfilter van 10 jaar. Opvallend is dat de reeks eind jaren ’80 van de vorige eeuw een trendbreuk laat zien.  Van 1706 tot eind jaren ‘80 is er nauwelijks sprake van een langjarige trend van 0,1 °C/100 jaar, daarna schiet de trend omhoog naar bijna 3 °C/100 jaar.

Jammer is dat de Labrijnreeks niet nog wat langer is, want vooral in het begin van de reeks is er in het temperatuursignaal sprake van behoorlijk grote schommelingen. Gelukkig beschikt Metoffice in GB over een reeks die nog langer is dan de Labrijnreeks, de zogenaamde CET (Central England Temperature). De CET  dataset is de langste instrumentele temperatuurreeks  in de wereld. De reeks van gemiddelde dagelijkse gegevens begint in 1772 en die van gemiddelde maandelijkse gegevens al in 1659. Deze dag- en maandtemperaturen zijn representatief voor het gebied dat in figuur 3 omgeven is door de rode lijn.


Fig.3    Bron: Parker et al 1991

Natuurlijk zijn ook in de CET-reeks de oudere data onbetrouwbaarder dan recente data. Maar de CET reeks is- anders dan de Labrijnreeks waar de afzonderlijke stationreeksen aan elkaar geplakt zijn- een ensemble van stations. Dat verkleint de afwijkingen doordat er gemiddeld wordt. Bovendien maken we gebruik van jaargemiddelde temperaturen.


Fig.4    Data: Metoffice

https://www.metoffice.gov.uk/hadobs/hadcet/data/meantemp_monthly_totals.txt

Dat de Labrijnreeks van goede kwaliteit is wordt duidelijk als we de Labrijnreeks (loess met 10-jarig filter) vergelijken met CET  loess smoothing.


Fig.5    Data: KNMI en Metoffice

CET en Labrijn volgen elkaar heel mooi, met hier en daar wat opvallende afwijkingen zoals de laatste 10 jaren en begin 19e eeuw, waarschijnlijk als gevolg van het feit dat De Nederlandse stations wat meer landinwaarts liggen. De correlatiecoëfficiënt R2 tussen beide lijnen is hoog: 0.81 .

Bij vergelijking van beide reeksen in figuur 5 blijkt dat het eerste deel van de CET reeks tot 1706 (dat ontbreekt in de Labrijnreeks) laat zien dat er vanaf 1695 gedurende een periode van ongeveer 40 jaar er sprake is van een opvallende stijging, vergelijkbaar met die aan het einde van de grafiek:


Fig.6    Data: Metoffice

De eerste sprong (t1) laat een temperatuurstijging zien van 1,5 °C, t2 van ongeveer 1,2  °C.  Beide periodes beslaan ongeveer 40 jaar. Gezien het synchrone verloop van Labrijn en CET lijkt het aannemelijk dat de temperatuursprong van 1695-1734 ook in Nederland aanwezig geweest moet zijn.


Fig.7    Data: Metoffice

Minstens zo interessant is de grafiek van figuur 7, die de 30-jarige moving trend weergeeft. Van elk jaar is de lineaire trend (in °C/100y) weergegeven van het voorafgaande tijdvenster van 30 jaren. Zo is in het laatste jaar 2022 de trend (1,81 °C/100y) weergegeven van de periode 1993-2022, et cetera. Daarbij vallen 2 toppen op: 1720 met een moving trend van 4,92 °C/100y en 2007 met een moving trend van 5,23 °C/100y. De dalen zijn 1756 met een negatieve moving trend van -3,90 °C/100y en 1892 met een moving trend van -3,98 °C/100y.

Fig.8    Bron: Luterbacher et al 2016

Wil je nog verder terug in de geschiedenis dan moet je je toevlucht zoeken in zogenaamde proxies, zoals Luterbacher et al deden. De grafiek in figuur 8 laat  hun reconstructie zien van o.a. de zomertemperatuur (blauwe lijn) in Europa vanaf 800 n.Chr.  De gemiddelde Europese zomertemperaturen in de relatief warme MCA (‘Medieval Climate Anomaly’, 900–1200 CE) waren bijna net zo hoog als in de laatste helft van de 20e eeuw.

De relatief koele periode Little Ice Age bestrijkt de periode 1250 tot 1800. Na het Last Maunder Minimum (rond 1700) veert de zomertemperatuur weer op. Zowel  de Labrijnreeks als de CET volgen dus grotendeels de opwarming die plaatsvindt na de LIA. Interessante vraag blijft natuurlijk in welke mate het temperatuurverloop van de Labrijnreeks (sinds 1706) en de CET (sinds 1659) het gevolg zijn van natuurlijke factoren en in welke mate van antropogene factoren.

Fig.9    Bron: Wikipedia

Tot de 20e eeuw is de invloed van de mens op het klimaat beperkt geweest. De schommelingen van de zomertemperatuur in Europa zoals gereconstrueerd door Luterbacher et al (fig.8) volgen opvallend goed de schommelingen in de zonneactiviteit. Paleoklimatologen als Bas van Geel van UvA waren al vroeg op de hoogte van de correlatie tussen de zonneactiviteit en het klimaat, zie onder andere hier.

Die correlatie loopt via schommelingen in de hoeveelheid 14C zoals te zien figuur 9. Horizontaal is de tijd uitgedrukt in jaren Before Present. BP = 1950 in de christelijke jaartelling. Verticaal zijn de schommelingen in het 14C isotoop. Minder zonneactiviteit (zonnevlekken) betekent een zwakker zonnemagnetisch veld. Daardoor kan kosmische straling beter de aarde bereiken en wordt in de hogere atmosfeer meer van het onstabiele 14C gevormd. Dat verschijnsel is niet alleen bruikbaar om organisch materiaal te dateren (aan de hand van de halfwaardetijd van 14C) maar lijkt ook het klimaat te sturen. Onder andere de Deense natuurkundige Svensmark heeft daar in het recente verleden onderzoek naar gedaan.

Vanaf het begin van de 20e eeuw wordt de emissie van CO2 in de atmosfeer een factor, alhoewel het nog vele jaren zou duren voordat CO2 in klimaatverandering de status kreeg die het momenteel heeft.. Het IPCC is van mening dat het zeker is dat vanaf 1950 de dominante oorzaak voor klimaatverandering de CO2-emissie door de mens is. Merkwaardig is dat daarmee automatisch de natuurlijke oorzaken van klimatologische variabiliteit terzijde worden geschoven en genegeerd.


Fig.10    Data: European Environment Agency  en NOAA (vanaf 1959)

De grafiek van figuur 10 laat de groei zien van CO2 in de atmosfeer sinds 1750 (278 ppm) t/m 2022 (419 ppm). Een groot deel van die groei wordt toegeschreven aan de uitstoot van CO2 door menselijke activiteiten. Een kleiner deel is afkomstig van de oceanen die bij stijgende watertemperaturen CO2 afstaan aan de atmosfeer.


Fig.11    Bron: ourworldindata

 

De grafiek van figuur 11 toont de berekende CO2 emissies (voornamelijk afkomstig van fossiele brandstoffen en cementindustrie). De CO2-emissies komen pas goed op gang vanaf 1950. Het dipje rechts bovenaan is het gevolg van verminderde emissies als gevolg van de coronacrisis. Het dunne verticale zwarte lijntje toont de hoogte van CO2-emissies in 1988.

Lutenbacher et al toonden in figuur 8 de reconstructie van de zomertemperatuur in Europa vanaf 800 tot 2000 n. Chr. Daar is te zien dat vanaf het Late Maunder Minimum begin 18e eeuw er vanaf 1900 er sprake is van een sterke stijging van de zomertemperatuur. Ik was benieuwd of dat in de Labrijnreeks ook te zien is.


Fig.11    Data: KNMI

In de grafiek van figuur 11 valt een paar dingen op. Zo is de zomer van 2018 de warmste van de hele reeks, maar ik tel sinds 1706 maar liefst 19 jaren met een zomertemperatuur in Nederland hoger dan 18 °C. De nummers 2 en 3 zijn de zomers van 1826 en 1947, beide 18,7 °C. 1947 uiteraard op basis van de niet gehomogeniseerde data van het KNMI.

Verder is opvallend dat de zomertemperaturen van 1706 t/m 1988 geen enkele trend vertonen.  Vanaf 1989 is er sprake van een duidelijke trendbreuk en wordt de trend 3,55 °C/eeuw. Dat is  opvallend, zeker als je dat vergelijkt met de ontwikkeling in de tijd van het atmosferisch CO2 (figuur 10) en van de CO2-emissies (figuur 11). Er is veel meer aan de hand dan toename van het CO2-gehalte. Met CO2 als dominante factor verklaar je het temperatuurverloop in Engeland en Nederland niet zoals we dat hiervoor zagen bij de CET-reeks en Labrijnreeks. De lange vlakke trend en de sterke trendbreuk rond 1988-1989  kunnen niet verklaard worden met behulp van het broeikasgas CO2. Zie o.a. hier.

Paleoklimatoloog Bas van Geel schreef al in 2004:  “In feite is het klimaat nooit werkelijk stabiel geweest en het is dan ook maar de vraag of de nadruk die de laatste jaren gelegd wordt op het versterkt broeikaseffect wel terecht is. Het is namelijk niet onwaarschijnlijk dat de temperatuurstijging van de afgelopen decennia voornamelijk veroorzaakt werd door de toegenomen zonneactiviteit. De aanwijzingen die we – via paleo-onderzoek – hebben voor de zon als sturende factor bij natuurlijke klimaatveranderingen zijn in elk geval zo sterk dat het hedendaagse en het toekomstige klimaat waarschijnlijk ook voor een belangrijk deel door fluctuaties in zonneactiviteit worden, respectievelijk zullen worden bepaald.”