Klimaatverandering : meting van temperaturen

Dick Thoenes.

Er is onlangs een interessant boek over klimaatverandering verschenen, getiteld ‘Climate Change: The Facts 2017’, uitgegeven door ‘The Institute of Public Affairs’ (Melbourne), een Australische think tank. Ik wil dit graag onder de aandacht brengen van onze Cimategate.nl-lezers. Het boek bestaat uit 22 hoofdstukken en dat zijn eigenlijk aparte artikelen en essays. Sommige daarvan zijn ook elders gepubliceerd.

Ze zijn geschreven door bekende wetenschappers en wetenschapsjournalisten.

Het boek is verkrijgbaar bij amazon.com en bij bol.com, ook als e-book.

Ik wil enkele belangrijke gedachten uit dit boek bespreken. Ik verdeel ze in vier hoofdthema’s:

1. De meting van temperaturen.
2. De invloed van CO2.
3. Oorzaken van klimaatveranderingen.
4. Maatschappelijke aspecten.

Ik wil deze thema’s in vier afleveringen bespreken. Hier en daar heb ik mijn commentaar toegevoegd. Dit staat cursief.

Deel 1: De meting van temperaturen

Zie de hoofdstukken 5 (Anthony Watts), 6 (Tony Heller en Jennifer Marohasy), 7 (Tom Quirk), 8 (Joanne Nova), 9 (Jennifer Marohasy), 10 (Jennifer Marohasy en Jaco Vlok) en 12 (Roy Spencer).

Wanneer we spreken over “de temperatuur” kunnen we daar van alles mee bedoelen. Allereerst kunnen we een momentane plaatselijke temperatuur bedoelen, die we op één moment met één thermometer bepalen. Dan kunnen we spreken over een gemiddelde plaatselijke temperatuur overdag of ’s nachts, of wel een gemiddelde etmaaltemperatuur. Ook een gemiddelde jaartemperatuur kan interessant zijn. We kunnen ook de gemiddelde temperatuur van een streek of land bedoelen, waarbij we weer onderscheid moeten maken tussen dag en nacht en tussen de seizoenen.

Wanneer we over ‘ klimaatverandering’ praten en vaststellen dat het bijvoorbeeld op de aarde warmer of kouder wordt, dan slaat dat op een gemiddelde wereldtemperatuur, gemiddeld over de gehele aardbol, over de seizoenen en over dag en nacht. De bepaling daarvan is buitengewoon ingewikkeld, en leidt tot vele controverses en onzekerheden.

Velen denken misschien dat het meten van de temperatuur van de lucht een eenvoudige zaak is, maar dat is bepaald niet het geval. Allereerst is er het technische probleem van een goede meting, zonder invloed van zonnestraling en van omgevingseffecten. Men dient de thermometer op 1,5 meter hoogte te hangen, in de schaduw, in de wind, liefst boven een grasveld, van boven afgedekt, ver van muren en van verharde wegdekken. Tegenwoordig gebruikt men daarvoor de ‘Stevenson-hut’, een houten kastje met jaloezieën. (Zie bijvoorbeeld hier.)

Als wij thuis een thermometer tegen de buitenwand van onze woning hangen, dan wijst hij in principe overdag een te hoge temperatuur aan (ook als hij in de schaduw hangt) en ’s nachts een te lage, vooral bij helder weer.

Interessant zijn ook de volgende waarnemingen: Het kan zijn dat in een heldere winternacht de voorruit van de auto bevriest terwijl de temperatuur van de lucht steeds boven de nul graden was. Ook kan het gebeuren dat de voorruit juist niet bevriest bij een luchttemperatuur onder nul, wanneer de auto naast een groot gebouw staat, waarbij de voorruit ‘kijkt’ naar dat gebouw. Het blijkt dus dat de temperatuur van een voorwerp mede wordt bepaald door de temperatuur van de oppervlakken waar hij naar ‘kijkt’. Een warm oppervlak straalt warmte uit, een koud oppervlak absorbeert juist straling en koelt dus het stralende voorwerp af.

Nu worden er in een land als de USA door duizenden amateurs temperatuurmetingen gedaan, die dan op een centraal punt worden verzameld en bewerkt. De resultaten daarvan worden gebruikt door het IPCC. Bij een onderzoek in Amerika is gebleken dat slechts een fractie (ongeveer 10%) van de metingen volgens de regels wordt uitgevoerd. Toen men de resultaten van de ‘goede’ meetstations apart onderzocht, bleek dat deze geen temperatuurstijging toonden in de laatste helft van de twintigste eeuw, en de ‘slechte’ wel. Dat komt omdat afwijkingen van de normen meestal leiden tot te hoge gemeten temperaturen. Een van de belangrijkste is de aanwezigheid van muren die zonnewarmte opnemen en uitstralen, ook naar de thermometer. Omdat overal de bebouwing toeneemt, is dit effect op veel plaatsen sterker geworden. Veel meetstations die ooit op het platteland lagen, zijn nu omgeven door bebouwing. Men spreekt in dit verband van het ‘Urban Heat Island Effect’ (UHI). Het blijkt dat het in grote steden enkele graden warmer kan zijn dan in het omliggende platteland. Iedereen die wel eens in de zomer in New York is geweest, kent dit effect. Op veel plaatsen is dit effect ongeveer 1 – 5 °C, maar het neemt in het algemeen in de tijd toe.

We moeten hierbij wel onderscheid maken tussen twee verschillende oorzaken: door de aanwezigheid van gebouwen wordt zonne-energie vastgehouden. De muren stralen naar de thermometer waardoor de temperatuur van de thermometer wordt verhoogd ten opzichte van de luchttemperatuur. Een heel ander effect is dat er door het verbruik van energie, voor verwarming, transport en industrie, extra warmte wordt ontwikkeld. Alle gebruikte energie wordt uiteindelijk immers in warmte omgezet. Dit gebeurt vooral in stedelijke agglomeraties en daardoor stijgt zelfs ook de gemiddelde wereldtemperatuur. Dit draagt dus in feite bij aan man-made global warming. We kunnen dit effect berekenen omdat we immers het totale energieverbruik kennen (zie deel 3).

Opvallend is nu dat het UHI-effect op veel plaatsen in de loop der jaren sterk is toegenomen. Anthony Watts laat zien dat bijvoorbeeld de temperatuur op O’Hare Airport (Chicago) in 50 jaar ruim 1 °C is gestegen. De gemiddelde temperatuur in Las Vegas (Nevada) steeg ongeveer 2 °C, maar het bleek dat die stijging geheel veroorzaakt werd door stijging van de minimumtemperaturen van 4 °C, terwijl de gemiddelde maximumtemperaturen ongeveer dezelfde bleven.

We moeten hierbij bedenken dat de wereldbevolking is toegenomen van 2,5 miljard in 1950 tot 7 miljard nu. Verder zijn de activiteiten waarbij energie wordt verbruikt per persoon aanzienlijk toegenomen.

In 1975 waren er in de wereld 3 stedelijke agglomeraties met meer dan 10 miljoen inwoners. Nu zijn het er 36 (Wikipedia). Het UHI-effect moet dus wel steeds sneller toenemen.

Het grote probleem is nu dat er geen goede methoden bestaan om in de metingen correctie aan te brengen voor het eerste effect, namelijk dat er door het UHI-effect te hoge temperaturen worden gemeten. Het enige dat men eigenlijk kan doen om alleen die metingen nog te gebruiken die op werkelijk afgelegen (‘pristine’) plaatsen zijn bepaald. Maar dat gebeurt gewoonlijk niet.

Een heel ander probleem is de verzameling van alle van meetgegevens en de verwerking daarvan door centrale bureaus (zoals NOAA en NASA). Hiermee worden tijdseries bewerkt. Een methode heet ‘homogeniseren’, wat er in feite op neer komt dat vroegere gemeten temperaturen worden verlaagd met de bedoeling om een UHI-effect uit het verleden te compenseren. Waar bijvoorbeeld uit de metingen zelf volgde dat de temperatuur over langere tijd constant bleef (of daalde) blijkt er na “homogeniseren” een stijging te zijn geweest. De zo aangetoonde opwarming is dus het gevolg van manipulatie van gegevens. Dit gebeurt in de meeste landen. In Australië is dit uitgebreid onderzocht door Jennifer Marohasy c.s. De resultaten van haar onderzoek zijn ronduit schokkend.

Uit de studie van Marohasy blijkt verder dat de warmste jaren in Amerika in de twintigste eeuw in de jaren ’30 vielen.

In die tijd heerste er ook een groet droogte in het Midden Westen, dat geleid heeft tot een enorme trek naar Californië, vooral vanuit Oklahoma. Dat is mooi beschreven in het boek “The Grapes of Wrath” van John Steinbeck.

Volgens de officiële gecorrigeerde cijfers vallen de warmste jaren echter allemaal in de periode na 1990.

In Nederland heeft men onlangs vastgesteld dat de beruchte zomer van 1947 (de warmste ooit) toch eigenlijk niet de warmste was, maar dat sommige zomers na 1990 warmer waren. Iedereen die zich de zomer van 1947 herinnert weet dat dat niet waar is.

Ik moet hier nog iets belangrijks aan toevoegen. Een ‘gemiddelde temperatuur’ van een systeem waarbinnen variaties optreden bestaat feitelijk niet. Volgens de thermodynamica is temperatuur geen extensieve maar een intensieve grootheid. Dat betekent dat er geen ‘hoeveelheden temperatuur’ bestaan en dat je temperaturen niet kunt optellen en dus ook niet kunt middelen (zoals wel kan bij hoeveelheden massa of energie). Zo kan een gemiddelde temperatuur die men voor een systeem heeft bepaald vanzelf veranderen als er in het systeem bijvoorbeeld stromingen optreden.

Voorbeeld: Er komen op verschillende punten op het aardoppervlak enorm verschillende temperaturen voor. Vooral boven woestijnen kunnen die waarden bereiken van meer dan 50 °C. Wanner er nu sterke winden opsteken wordt de warme lucht vermengd met koudere, zodat de temperatuurpieken worden vereffend. Ten gevolge daarvan zal de gemiddelde temperatuur van de atmosfeer iets toenemen. Dit wordt veroorzaakt door het niet-lineaire verband tussen straling en temperatuur (dat betekent dat bij hogere temperatuur de straling meer dan evenredig toeneemt).

Ander voorbeeld: Stel dat er over een groot gebied met droge lucht een gemiddelde temperatuur heerst van 20 °C. Binnen dat gebied bevindt zich een groot wateroppervlak (bijv. een meer). Nu steekt de wind op, die over het meer gaat waaien. Dan daalt de luchttemperatuur vanwege de verbruikte verdampingswarmte tot onder de 20 °C.

Praat men over de temperatuur van een stuk land of streek dan heeft men het probleem van de in de tijd wisselende temperaturen (door wisselende weersomstandigheden) en de invloed van plaatselijke temperatuurvariaties. Wil men de temperatuur over een groter gebied middelen dan krijgt men te maken met het interpoleren van temperaturen over gebieden waar geen metingen zijn gedaan. Bij het middelen van temperaturen over de gehele aarde speelt dit een belangrijke rol. Er bestaan gebieden van 500 x 500 km waarbinnen geen meetstations zijn. Het is goed mogelijk dat er binnen zo’n groot gebied temperatuur-pieken of -dalen optreden waar men geen weet van heeft (zie Joanne Nova in hoofdstuk 8).

Verder kunnen er in de aardatmosfeer temperatuurverschillen optreden van meer dan 100 graden, bijvoorbeeld tussen Arabië en Antarctica. Een speciaal probleem is natuurlijk het meten van temperaturen boven de oceanen (70% van het aardoppervlak). Onnauwkeurigheden in de metingen van extreme temperaturen kunnen een belangrijke invloed hebben op de bepaalde gemiddelden.

Anthony Watts merkt op dat we nog niet goed onderscheid kunnen maken tussen de oorzaken van bepaalde temperatuurstijgingen. Die kunnen bijvoorbeeld zijn:

• Een toegenomen CO2-gehalte van de atmosfeer (zie deel 2).
• Natuurlijk effecten (zie deel 3).
• Een toegenomen energieverbruik leidende tot meer warmteontwikkeling.
• Verandering van grondgebruik en een toegenomen UHI-effect.
• Bewerking van de meetresultaten zoals “homogenisering”.

We weten niet welk deel van de bepaalde opwarming veroorzaakt wordt door welke factor.

Joanne Nova wijst in hoofdstuk 8 nog op de effecten van “homogenisering”, waardoor temperaturen in het verleden werden bijgesteld (soms wel 2 °C) waardoor kunstmatige opwarmingstrends werden gefabriceerd.

Roy Spencer, de grote deskundige op het gebied van temperatuurmetingen met satellieten, spreekt over de verschillen tussen satelliet-metingen en grondmetingen. Met satellietmetingen bepaalt men de gemiddelde temperatuur van de onderste luchtlaag, en niet die vlak bij de grond. Ze hebben wel het enorme voordeel dat werkelijke wereldgemiddelden kunnen worden bepaald en dat ze niet lijden onder storende effecten zoals UHI. Bewerkingen zoals “homogeniseren” zijn niet nodig. Satellietmetingen zijn daardoor inderdaad veel betrouwbaarder. Ze werden echter pas toegepast sinds 1979.

Zeer interessant zijn de grote verschillen tussen de temperatuur/tijdlijnen die met satellieten werden bepaald en die welke door klimaatmodellen werden voorspeld. Van 1979-2015 was de met satellieten gemeten wereldwijde temperatuurstijging 0,2 °C, en de gemiddelde stijging voorspeld voor dezelfde periode door 102 klimaatmodellen was 0,7 °C, dus 3,5 maal zoveel. Dit lijkt mij dodelijk voor de klimaatmodellen.

Conclusie

Meting van een wereldgemiddelde temperatuur is een moeilijke opgave. Aan de getallen die zo worden gevonden zitten verschillende soorten van onnauwkeurigheden. De eerste betreft de betrouwbaarheid van de metingen zelf. Vervolgens bestaat het probleem van het bepalen van een wereldgemiddelde. Het bepalen van temperatuurveranderingen in de tijd biedt weer extra moeilijkheden. De daarbij gebruikte techniek van ‘homogenisering’ is op zijn minst een punt van debat. Nog moeilijker is om een bepaalde temperatuurverandering toe te schrijven aan een bepaalde oorzaak.

Mijn eigen conclusie is dat het niet mogelijk is om een verandering van de gemiddelde temperatuur van de aardatmosfeer te bepalen op een halve of een hele graad nauwkeurig. En dat betekent dat temperatuurstijgingen van enkele tienden van een graad, zoals gerapporteerd worden over het laatste kwart van de vorige eeuw, feitelijk niet relevant zijn (dus betekenisloos). Het idee dat de gemiddelde temperatuur van de aarde toeneemt door menselijk handelen is op zijn minst twijfelachtig en mogelijk zelfs geheel onjuist.

Voor de video van de boekpresentatie, zie hier.

httpv://www.youtube.com/watch?v=b3v5w6WXj4A