Net zoals het volledige koor van klimaatsceptici is de erkenning van het failliet van het roemruchte 8.5 klimaat scenario (het ‘Business as usual’-scenario”) ook op Polderklimaat met instemming ontvangen. Net zoals zoveel anderen gaf ik mezelf een schouderklopje, onder het motto van ‘zie je wel’ en zie dat ik in ieder geval al sinds 2021 (zie link) heb gewezen op de problemen met de klimaatmodellen.
Climategate heeft de mooie blog van Roger Piele Jr. over dit model vertaald, die fraai uiteenzet waarom de uitleg van de ‘alarmisten’, die het verlaten van dit model op rekening schrijven van de geweldige stappen die het klimaatbeleid zou hebben gemaakt, niet deugt.
Ik denk dat de oorzaak van het falen van het 8.5 scenario veel dieper zit dan Pielke beschrijft. Maar om dat aannemelijk te kunnen maken is het van belang om het wetenschappelijke denken over het klimaat, door de eeuwen heen, uiteen te zetten.
Het ontstaan van de meteorologie
De geschiedenis van de wetenschap van de atmosfeer, of meteorologie, kan in verschillende perioden worden verdeeld:
1. Oudheid en Middeleeuwen
Aristoteles schreef rond 350 v. Chr. De Meteorologica, het eerste alomvattende werk over aardwetenschappen, inclusief weer en klimaat dat we kennen. Hij probeerde hierin verschijnselen als regen, wind en bliksem te verklaren via de vier elementen (aarde, water, lucht, vuur).
Dit basiswerk van Aristoteles werd in de Middeleeuwen vooral door Islamitische wetenschappers bestudeerd (de oud-christelijke wereld had weinig op met de heidense betweters). Ibn Birūnī, Avicenna (Ibn Sīnā), Abū l-Barakāt al-Baġdādī en Averroes (Ibn Rushd). Allen – elk op hun eigen kritische manier – verdiepten zich in de oude traditie van Aristoteles’ ‘meteorologie’.
Ze onderzochten ook kritisch zijn theorieën en vergeleken deze met empirische gegevens uit hun eigen waarnemingen. Verschillen leidden tot een herziening of verwerping van het Aristotelische verklaringsmodel.
Het feit dat meteorologische omstandigheden op verschillende manieren kunnen worden waargenomen, onderstreept daarmee dat deze wetenschap een specifieke epistemologie kent, die afhankelijk is van het wetenschappelijke zelfbegrip van de betreffende denkers, en dus ook kan leiden tot verschillende interpretaties van natuurfilosofische omstandigheden.
Gedurende de Middeleeuwen probeerde men om de verbanden te ontdekken tussen het weer zoals het zich voordeed en de (onzichtbare) oorzaken die voor dit weer verantwoordelijk waren. Hetgeen uiteindelijk allemaal was terug te voeren moest zijn op de relatie (de verstrengeling) tussen het Aardse en het Goddelijke (de geleerden van die tijd bevonden zich voornamelijk in een kloosteromgeving).
Lammer en Fricke (2024, zie link) vatten dit samen als:
“In deze context vertegenwoordigde de hemel [het hemelgewelf, niet het ‘hiernamaals’, EJ], het deel van de atmosfeer dat zichtbaar is vanaf het aardoppervlak, de plaats van deze verstrengeling; hij markeerde de grens van de zichtbare wereld. Dienovereenkomstig werden hemelverschijnselen geïnterpreteerd als tekens en hun betekenis verklaard door structuren die zich in het rijk van het ‘onzichtbare’ bevonden.
Ongewone en ogenschijnlijk wonderbaarlijke weersverschijnselen waren
bijzonder vaak onderwerp van “wetenschappelijk” onderzoek. Zo gaven Dietrich von Freiberg (gestorven ca. 1319) en Kamāl al-Dīn ibn ʿAlī ibn Ḥasan al-Fārisī (gestorven 1319) tegelijkertijd – en gebaseerd op de gedeelde optische principes ontwikkeld door Ibn al-Hayṯam (gelatiniseerd: Alhazen, gestorven 1041) – de eerste bevredigende verklaring voor de dubbele regenboog en de omgekeerde kleurenvolgorde die daarin wordt waargenomen.
Het enorme belang van de weersomstandigheden in de Middeleeuwen betekende dat de media, modellen en discoursen rond meteorologie, een centraal punt werden voor kunstenaars, schrijvers, natuurfilosofen en beoefenaars, om zich bezig te houden met meteorologische verschijnselen en hun oorsprong, en zo bij te dragen aan hun classificatie, begrip en zelfs spirituele interpretatie.
De menselijke omgeving openbaart zich niet alleen als een passief reagerende actor, maar – via het concept van translatio [overbrenging] – als een selectieve vormgever op zoek naar een thuis. Doorslaggevend voor deze keuze is vooral het morele gedrag van de adel: zij hebben de macht om omstandigheden te scheppen waaronder de natuurlijke orde floreert. Deze verbanden lijken ook vandaag de dag bijzonder relevant tegen de achtergrond van maatschappelijke debatten over het klimaat in de 21e eeuw.”
Aldus Lammer en Fricke.
2. De Wetenschappelijke Revolutie (16e – 18e eeuw):
In deze periode ontstonden de meetinstrumenten die nodig waren voor kwantitatief onderzoek.
Galileo Galilei construeert de thermoscoop, waarmee een ruwe vorm van temperatuurmeting mogelijk werd. De ontwikkeling van de barometer wordt toegeschreven aan Evangelista Torricelli (1643) waardoor het meten van luchtdruk mogelijk wordt.
Deze ontdekking wordt een hoeksteen van de natuurkundige, naar hem genoemde natuurkundige wet, die de Franse wis- en natuurkundige Blaise Pascal (1623-1662) opstelt:
“Een druk die wordt uitgeoefend op een vloeistof die zich in een geheel gevuld en gesloten vat bevindt, zal zich onverminderd in alle richtingen voortplanten”.
Wikipedia meldt hierover:
“Pascals wet met betrekking op druk op vloeistoffen maakte allereerst korte metten met de tot dan toe heersende opvatting dat het luchtledige niet bestaat. Hij toonde aan dat wanneer men een aan één kant gesloten buis vult met kwik, die afsluit en omgekeerd in een bak met kwik zet (waarop men een laagje water legde) niet de lucht of een of ander onbekend etherisch gas in de buis het niveau van kwik in die buis doet dalen, maar dat het niveau van de daling van het kwik in de buis alleen afhangt van de hoeveelheid druk van de omringende lucht op het kwik in de bak.
Pascal toonde proefondervindelijk aan dat de luchtdruk op verschillende hoogten verschilt (door de hoogte van kwik in een buis op verschillende hoogten te meten). Hoe lager de meting werd uitgevoerd, hoe hoger het kwik in de buis steeg, dus hoe hoger ook de luchtdruk moest zijn op dat niveau en omgekeerd.
Daarmee werd tevens vastgesteld dat de atmosfeer eindig is: de luchtdruk is het grootst net boven de grond (zeeniveau); deze moet gelijk zijn aan het gewicht van de totale luchtkolom boven een oppervlakte-eenheid. Zo kwam hij vrij nauwkeurig aan het gewicht van de totale atmosfeer.
Pierre Gassendi roemde de ontdekking van deze “uitzonderlijke onvergetelijke jongeman” met de uitspraak: “Wat hij gedaan heeft, heeft niemand voor hem ooit klaargespeeld; na hem kan iedereen het doen”. Pascal zelf overzag de gevolgen van deze onontkomelijke conclusies toen niet, maar in feite betekende dit een omwenteling in de astronomie.
Met deze proeven zette Pascal de toon wat betreft experimentele bewijsvoering. Tot dan toe was de wetenschap niet gebaseerd op proefondervindelijke aantoonbaarheid, eerder op logica en theoretische deductie. Vooral door Pascals werk veranderde dat.”
Toch zou het nog jaren duren voordat de meteorologie zich verder ontwikkelt. En wanneer dit gebeurde was vaak een economische drijfveer nodig.
Zo was het begrijpen van de passaat in deze tijd een belangrijke factor die verzekerde dat Europese zeilschepen de kust van Noord-Amerika konden bereiken.
George Hadley (1685 – 1768) was een Engelse jurist die durende 7 jaar belast was met de interpretatie van meteorologische dagboeken die door waarnemers van over de hele wereld (vooral Brittannië en Scandinavië) naar de Royal Society werden gezonden. Hij probeerde verbanden aan te brengen tussen de verschillende gegevens en daaruit algemene patronen af te leiden.
Hij raakte geïntrigeerd door het feit dat winden die gelet op de luchtdruk uit het noorden zouden moeten waaien, in werkelijkheid een noordoost- tot oostenwind zijn.
Hij beschreef in 1735 het atmosferisch mechanisme dat de passaatwinden veroorzaakt en dat naar hem is genoemd als de Hadleycel en in grote lijnen nog steeds wordt geacepteerd.
Het kon ook moeilijk anders want pas in 1780 vervolledigt Horace de Saussure de meteorologische ‘basisinstrumenten’ met de uitvinding van de hygrometer (luchtvochtigheid).
De 19e en begin 20e eeuw: Synoptische Meteorologie
Misschien wel de belangrijkste ontdekking voor de moderne weersvoorspelling heeft weinig of niets met meteorologie te maken: deTelegraaf. Vroege modellen als de naaldtelegraaf (Engeland), of de wijzertelegraaf van Siemens & Halske (Duitsland) . werden al snel verdrongen door de telegraaf van de Amerikaan Samuel Morse (1791–1872). Deze kenmerkte zich door de eenvoudige opzet en de hogere snelheid; relaisstations konden grotere afstanden voor doorgifte overbruggen.
In 1844 brak, door de openstelling van de eerste telegraaflijn voor de bevolking, het tijdperk van de moderne telecommunicatie aan. De uitvinding van de telegraaf maakte het mogelijk om weerwaarnemingen van verre locaties snel te verzamelen, wat leidde tot de eerste “synoptische” weerkaarten (overzichtskaarten).
Andere ontdekkingen, zoals die van het Corioliseffect werden al eerder beschreven (in dit geval in 1835 door Gustave-Gaspard Coriolis), maar de relevantie voor atmosferische bewegingen (windafbuiging) in de meteorologie werden echter pas later volledig geaccepteerd.
In 1902 ontdekt Léon Teisserenc de Bort de stratosfeer. Na zijn ontslag als chef bij het administratieve centrum van de Nationale Meteorologie richtte hij een eigen meteorologisch observatorium op in Trappes in de buurt van Versailles. Daar begon hij met zijn experimenten met hoog stijgende geïnstrumenteerde waterstofballonnen en daarmee was hij een pionier die een loodsballon voorzag van instrumenten.
Teisserenc de Bort bemerkte dat terwijl de luchttemperatuur tot ongeveer 11 kilometer hoogte gestaag daalde, deze constant bleef boven die hoogte (tot het hoogste punt dat bereikt kon worden). Gedurende vele jaren vroeg hij zich af of hij een echt fysisch verschijnsel ontdekt had of dat zijn metingen te lijden hadden van een systematische vertekening (de eerste metingen hadden een positieve vertekening in de temperatuur doordat de instrumenten werden blootgesteld aan radiatieve verwarming met zonnestraling). Om deze reden voerde Teisserenc de Bort tot 1902 meer dan 200 ballonexperimenten uit, waarvan het merendeel ’s nachts om de stralingseffecten van de zon te elimineren, waarna hij tot de conclusie kwam dat de atmosfeer in twee lagen verdeeld was.
Tussen 1910-1920 ontwikkelde Vilhelm Bjerknes de frontentheorie, waarmee de vorming van lagedrukgebieden en stormen in kaart kon wordt gebracht. Hiermee kon in theorie het weer van grote gebieden worden voorspeld.
De eerste poging tot numerieke weersvoorspelling, door atmosferische vergelijkingen uit te rekenen, werd gedaan door Lewis Fry Richardson in 1922. Dit bleek echter nog veel te complex. In de late jaren 40 en 1950 worden, onder leiding van John von Neumann en Jule Charney, de eerste moderne computers gebruikt om de vergelijkingen van Richardson op te lossen, wat leidt tot redelijk betrouwbare weersvoorspellingen.
In de jaren 60 ontdekt Edward Lorenz echter dat de atmosfeer een chaotisch systeem is, wat de grenzen van weersvoorspellingen verklaart (“vlindereffect”).
De meteorologie werd hiermee een volwassen wetenschap, met bruikbare hypotheses en voorspellingen. In 1963 schreef Dr. F.H. Schmidt zijn “Inleiding in de meteorologie” wat voor menig meteoroloog de eerste kennismaking met deze tak van wetenschap betekende. Ten aanzien van de opbouw van de atmosfeer tekent hij het volgende op:
“Onze aarde (…) is omgeven door een atmosfeer. De lucht waaruit deze atmosfeer bestaat is samengesteld uit een tiental verschillende gassen die in de onderste kilometers in een vrijwel constante verhouding voorkomen. (..)
Op grotere hoogte beginnen zich veranderingen voor te doen. Boven de 15-20 kilometer vindt onder invloed van de instraling van de zon de vorming van een andere moleculevorm van zuurstof plaats, nl. van Ozon (O3), waarvan het grootste gehalte op ongeveer 30 km hoogte wordt aangetroffen (…) Door zijn eigenschappen is de aanwezigheid van deze ozonlaag in de atmosfeer niettemin van grote betekenis. Boven de 30 km neemt het ozongehalte van de lucht weer af en boven de 50 km is het in het algemeen verwaarloosbaar klein.
Gaan we nog hoger de dampkring in, dan doen zich verdere veranderingen voor. Boven de 80 km beginnen de zuurstofmoleculen geleidelijk over te gaan in atomen en boven de 120 km vindt ook een dergelijk uiteenvallen van de stikstofmoleculen plaats. Ook begint op deze grote hoogte de verhouding, waarin de verschillende bestanddelen van de lucht voorkomen, geleidelijk te veranderen en wel zodanig dat het gehalte van de lichtere gassen (waterstof, helium) begint toe te nemen. Maar dan zijn we al ver boven het hoogste niveau dat, voor zover thans bekend is, directe invloed uitoefent op het weer.
(…)
De veranderingen van de temperatuur met hoogte zijn gevarieerder dan die van de luchtdruk. Gemiddeld is het beeld op 50o NB ongeveer als volgt. Tussen zeeniveau en een hoogte van 11 km neemt de temperatuur geleidelijk af met ongeveer 6,5 oC per km. (…) de troposfeer.
Boven de 11 km blijft de blijft de temperatuur vrijwel constant tot ca. 25 km (stratosfeer) en neemt vervolgens weer toe tot een waarde van + 9,5 oC op ongeveer 50 km hoogte, dat is dus ongeveer de hoogte van de bovenzijde van de ozonlaag.
Daarna vindt opnieuw een temperatuurdaling met toenemende hoogte plaats en wel tot ongeveer -75 oC op ongeveer 80 km hoogte, waarna in de ionosfeer de temperatuur weer sterk toeneemt tot vele honderden graden Celsius. We moeten bij het beoordelen van deze getallen overigens wel bedenken dat op grote hoogte de lucht zo ijl is geworden , dat het temperatuurbegrip een geheel andere betekenis heeft gekregen dan die van het dagelijkse spraakgebruik. (…)
de tropopause ligt op lagere geografische breedte steeds hoger dan aan de polen, boven de equator op 17 á 18 km, boven de polen op 6 á 8 km. Aan de equator is de tropopause-temperatuur dan ook aanmerkelijk lager dan -56 oC, nl. -80 oC. Ten slotte is ook de stratosfeer niet altijd isoterm opgebouwd. Met name in de equatoriale gebieden neemt de temperatuur boven de tropopause weer met de hoogte toe.
Figuur 4 geeft een schematisch beeld van het gemiddelde temperatuurverloop met de hoogte in afhankelijkheid van de geografische breedte en wel voor de zomer en voor de winter (…)
Ten slotte nog een laatste opmerking met betrekking tot figuur 4. De maximale in de figuur voorkomende hoogte van 24 km is momenteel wel de uiterste grens waartoe de belangstelling van de meteoroloog zich met betrekking tot de weersontwikkeling uitstrekt. Van onmiddellijk belang voor het weer is in het algemeen slechts de troposfeer!”
Eigenlijk is dit het beeld wat is blijven hangen en wat de kapstok is van de ontdekkingen die later in deze eeuw zouden volgen. Maar het lijkt me dat Schmidt zich hier behoorlijk heeft vergist. Maar waarom dat zo is verdient weer een eigen blog.