Parisavtalen har som utgangspunkt at global temperaturøkning skal begrenses til godt under 2 °C sammenlignet med førindustrielt nivå, og det skal tilstrebes å begrense oppvarmingen til 1,5 °C.

Parisavtalen definerer imidlertid ikke hva som skal menes med global temperatur eller førindustrielt nivå, heller ikke hvordan temperaturdifferansen skal beregnes. Følgelig finnes det flere publiserte verdier på størrelsen til global oppvarming mellom førindustriell tid og i dag. I tillegg vil det alltid være tallmessig usikkerhet knyttet til bestemmelse av global temperatur, slik at temperaturdifferansen uansett ikke kan bestemmes eksakt.

I denne artikkelen går jeg gjennom hvordan klimaforskere arbeider med å måle og analysere den globale temperaturutviklingen, hvilke forskningsmessige valg som tas og hvordan de påvirker resultater og formidling. Artikkelen munner ut i et forslag om hvordan økningen i temperatur fra førindustriell tid til i dag kan beregnes.

Det grunnleggende først: Vær vs klima

Været er hva vi opplever fra dag til dag, og fra år til år. Klima er været midlet i tid, gjerne over noen tiår.

Standard normalperiode i meteorologi

For værvarsling brukes nå 30-årsperioden 1991–2020 til å tallfeste normaltemperatur, normalnedbør, etc. Et steds temperatur- eller nedbørsavvik er da forskjellen mellom målt temperatur og normaltemperatur, eller mellom målt nedbør og normalnedbør.

Frem til og med 2020 var 30-årsperioden 1961–1990 definert som normalperiode. I meteorologien ligger følgelig normalperioden – eller «normalværet» – ikke fast, den representerer været for den nære fortid.

Ulike normalperioder for klimastudier

For klimaanalyser og -studier benyttes ikke fastsatte normalperioder. For eksempel benytter NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) normalperioden 1951–1980, Met Office Hadley-senteret i England bruker 1961–1990 og National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) bruker 1901–2000. Det sentrale her er at normalperioden er tilstrekkelig lang – minimum 30 år – slik at normalperioden i liten grad påvirkes av naturlig forekommende variasjoner i atmosfære og hav.

Årsaken til at det benyttes ulike normalperioder for klimastudier er, for det første, at det ikke er definert én fast normalperiode. For det andre er det rett frem å sammenligne ulike datasett så lenge normalperioden er kjent, så hvilken normalperiode som benyttes, har av denne grunn ingen praktisk betydning. For det tredje er klimastudier primært opptatt av å identifisere og forstå endringer over tid. Slike endringer avhenger ikke av valg av normalperiode. Og endelig, velges det først en normalperiode for klimastudier, endres denne generelt ikke for å unngå mulige misforståelser og for å sikre at figurer og tabeller ligger mest mulig fast.

For eksempel er årsaken til at NASA GISS benytter normalperioden 1951–1980 at senterets første temperaturanalyse ble gjort rundt 1980, og at perioden 1951–1980 da dekket de siste 30 år med observasjoner. Normalperioden har siden blitt opprettholdt (Hansen mfl. 2010).

NOAA benytter normalperioden 1901–2000 for «…conceptual simplicity», mens Hadley-senteret benytter den foregående, meteorologiske normalperioden 1961–1990.

I figuren under er de mest sentrale globale temperaturanalysene sammenstilt i én figur. Som figuren viser er det noe forskjell mellom de ulike analysene, spesielt for enkeltår og for korte tidsperioder, men hovedtrekkene er sammenfallende. Usikkerheten i temperaturanalysene er estimert til ±0.1 °C (se lengre ned i teksten), som betyr at oppvarmingen på over én grad er statistisk sikker.

Førindustriell tid og global landtemperatur

Førindustriell tid er ofte definert som perioden før industrialiseringen skjøt fart på slutten av 1700- og starten av 1800-tallet. Men denne perioden, for eksempel det 18. århundre, kan ikke benyttes til å bestemme førindustriell, global temperatur siden (moderne) termometermålinger av temperatur, med en viss geografisk utbredelse på jorden, først fant sted på andre halvdel av 1800-tallet.

Dette illustreres fra figuren under, som viser endring av målt landtemperatur, midlet breddegrad for breddegrad, siden 1850. Hvit farge viser hvor målt landtemperatur ikke er tilgjengelig. Først fra rundt 1880 er det relativt god geografisk dekning, følgelig er det vanskelig å bestemme global temperatur før dette. Av samme grunn er det vanlig å bruke tiårene fra og med 1880 til å estimere førindustriell temperatur.

Global land- og havtemperatur

Figuren over viser målt temperatur på land. Men siden jordens landområder bare utgjør rundt 29 prosent av jordens overflate, trenger vi også verdier for havets overflatetemperatur for å bestemme global temperatur. Temperatur fra havets overflate har blitt samlet inn fra skip tilbake i tid, og i nyere tid også fra bøyer som dels er forankret, dels fridrivende, og fra satellitt.

Kombinerer en temperaturmålingene fra land og fra hav, og gjør en statistisk analyse av disse, får en utvikling av global temperatur, breddegrad for breddegrad, som vist i figuren under.

Førindustriell global land- og havtemperatur

Basert på figuren over kan global, førindustriell land- og havtemperatur bestemmes som middelverdi for f.eks. perioden 1880–1930.

Oppvarming mellom førindustriell tid og i dag

Global oppvarming mellom 2023 og førindustriell tid krever bestemmelse av dagens temperatur. Siden global temperatur varierer fra år til år – som er forventet grunnet naturlig forekommende variasjoner i hav og atmosfæren («været») – er det ikke fornuftig å bruke temperatur for enkeltåret 2023 som utgangspunkt for oppvarmingen mellom førindustriell tid og i dag. Dette er illustrert med figuren under, som viser global årstemperatur for perioden 1880–2023. Skulle vi bruke enkeltår som utgangspunkt for oppvarmingen, ville f.eks. global oppvarming økt i betydelig grad fra 2014 til 2016, for deretter å falle i 2017. En mer korrekt beskrivelse er at global temperatur øker over tid.

Et mulig valg for å estimere global oppvarming siden førindustriell tid kan da være å se på utviklingen av global temperatur for de siste 30 år, og sammenligne denne med førindustriell temperatur. I figuren under er den lineære trenden for global temperatur for 30-årsperioden 1994–2023 vist. Trendlinjen gir utviklingen i temperatur for den nære fortid, som gir et riktigere bilde enn om vi hadde valgt temperatur for et enkeltår.

Global oppvarming siden førindustriell tid kan nå estimeres som temperaturdifferansen mellom endepunktet til den lineære temperaturtrenden for de siste 30 år, og førindustriell temperatur. Dette gir, i eksempelet over, en oppvarming på 1,29 °C. Andre valg og andre datasett (se figur 1) vil gi verdier som er sammenlignbare, men generelt ikke identiske med denne oppvarmingen.

Nøyaktigheten til globale temperaturanalyser

Enhver temperaturmåling vil ha en viss usikkerhet. Og siden hele jorden ikke er dekket med termometre, vil det også være en viss usikkerhet knyttet til dekningsgrad. Urbanisering spiller også inn, f.eks. har byer generelt noe høyere temperatur enn ikke-bebygde områder.

Global temperatur har en estimert nøyaktighet på rundt ±0,05 °C siden 1950, og ±0,1 °C for hundre år siden (f.eks. GISS og Met Office Hadley-senteret). Dette betyr at bare endringer som er større enn ±0,1 °C, er statistisk sikre. Global temperaturøkning siden førindustriell tid er på rundt 1,2 °C, og følgelig langt større enn usikkerheten i målingene og analysen av disse.

Absolutt temperatur versus temperaturvariasjoner

Analyse av global temperatur er basert på en rekke, individuelle temperaturmålinger. Disse blir samlet inn og gjort tilgjengelig gjennom et globalt nettverk. Analyse av global temperatur benytter, i all hovedsak, ikke de faktiske temperaturmålingene fra enkeltstasjonene (absolutt temperatur), men temperaturavviket relativt til en normalperiode. Dette betyr at alle temperaturobservasjonene blir «kalibrert» til enkeltstasjonenes normaltemperatur.

Temperaturvariasjoner kan bestemmes betydelig mer nøyaktig enn absolutt temperatur. Dette kan forstås ved at nærliggende steder kan ha stor temperaturforskjell, f.eks. dersom stedene ligger på ulik høyde over havet, ved et vann eller på en kolle, eller ytterst på kysten eller litt inn i landet. På tross av at de ulike stedenes temperatur kan være forskjellig, er det oftest slik at dersom det er mildere enn normalt på Stovner, er det også mildere enn normalt over store deler av det sentrale Østlandsområdet.

Hvor mange temperaturmålinger kreves det for å tallfeste global temperaturendring?

En kunne kanskje tro at det kreves en rekke – kanskje tusenvis eller millioner – av temperaturmålinger fra land og hav for å bestemme endring i global (eller regional) temperatur. Men slik er det ikke. Kunne vi fritt plassere termometre på land og over hav, vil et sted mellom 60 og 130 målepunkter tilnærme global temperaturendring på en god måte.

Årsaken til dette er som nevnt over: Er et sted på jorden unormalt varmt eller kaldt i forhold til stedets normaltemperatur, vil også et område rundt dette stedet, gjerne over en avstand på flere hundre km, ha tilsvarende temperatur over eller under normalen. For å bestemme absolutt, global temperatur kreves det derimot temperaturmålinger tett-i-tett, kanskje med bare noen titalls eller hundretalls meter mellom målepunktene.

Med stadig større og kraftigere regnemaskiner, er det i dag mulig å modellere det globale været – og med det estimere global overflatetemperatur – med høy geografisk oppløslighet (rundt 30 km) og høy tidsoppløslighet (fullstendig beregning av været rundt hvert 20. minutt), år etter år. Denne metoden kalles meteorologiske reanalyser, og er i prinsippet identisk med modellsystemene som ligger til grunn for moderne værvarsling, f.eks. på yr.no. Tilgjengelige observasjoner, det være seg fra satellitt, atmosfæren, på/nær bakken og fra havets overflate, mates inn i modellene, typisk hver sjette time.

Tidsseriene merket med JRA-55 og ERA5 i figur 1 er to eksempler på slike reanalyser. Reanalysene kan brukes til å beregne absolutt temperatur, som vist i figur 6. Denne figuren viser at global overflatetemperatur i 2023 varierte mellom ca. 12,5 og 17 grader, med høyest temperatur i juli siden det er klart mest land (og minst hav) på den nordlige halvkule.

Global temperaturendring versus temperaturendring for den nordlige og sørlige halvkule

Figurene under gir en sammenligning mellom endring av global temperatur mellom 1880 og 2023 til venstre, og tilsvarende endring for den nordlige (i midten) og den sørlige (til høyre) halvkule. Figurene har samme vertikalakse slik at temperaturendringene er direkte sammenlignbare.

Mens den globale temperaturen har steget med 1,29 ^oC som tidligere beskrevet, har temperaturen på den nordlige halvkule steget med 1,6 ^oC. Temperaturstigningen på den sørlige halvkule er på 0,97 ^oC.

Den store forskjellen mellom de to halvkulene skyldes – i hovedsak – fordelingen av hav på jorden. Havet dekker rundt 71 prosent av jordens overflate, med klart mest hav på den sørlige halvkule. Siden havet tar opp og lagrer på store varmemengder, er temperaturøkningen på den sørlige halvkule vesentlig svakere enn på den nordlige halvkule.

Lenker til ofte brukte temperaturanalyser

Flere forskningsgrupper analyserer og estimerer global temperatur basert på tilgjengelige målinger. Ofte brukte analyser kommer fra:

• NASA GISS
• Met Office Hadley Centre/Climate Research Unit, England
• Japans meteorologiske organisasjon
• NOAA, USA
• Berkeley Earth Surface Temperature, USA
• University of York/Cowtan and Way datasett
• Det europeiske værvarslingsentret ECMWF

(Artikkelen ble først publisert 7. februar 2019. Den er oppdatert flere ganger, senest 9. april 2024.)

–