De Kleine IJstijd was een periode met koude winters en koele zomers die een aantal eeuwen duurde van ca. 1450 tot 1850. Deze tijdelijke afkoeling is alleen waargenomen op plaatsen op het noordelijk halfrond, ten noorden van de tropen. Onduidelijk is of de Kleine IJstijd overal vier eeuwen duurde, of op sommige locaties aanzienlijk korter. Het is ook onduidelijk of het zich op verschillende plaatsen in verschillende periodes voordeed. Er is geen duidelijk bewijs voor een externe oorzaak, zoals een periode van verminderende zonnestraling of verhoogde vulkanische activiteit. De meest waarschijnlijke verklaring is dat het hier om een natuurlijke fluctuatie van het klimaatsysteem ging. Daarmee is het ook waarschijnlijk dat dit patroon van temperatuurverandering compleet anders was dan de recente, door de mens veroorzaakte opwarming [1].
Figuur 1. De mondiale temperatuurstijging sinds 1850, zoals berekend door verschillende wetenschappelijke instituten.
Wereldwijde klimaatobservaties, zoals temperatuur, neerslag en luchtdruk, begonnen pas in de tweede helft van de 19e eeuw. Grafieken met de wereldwijd waargenomen temperatuur, bijvoorbeeld, kunnen dus niet eerder starten dan rond 1850. Figuur 1 laat die waargenomen temperatuur zien, afgeleid uit de beschikbare observaties door verschillende onderzoeksgroepen.
De menselijke invloed op het klimaat begint eigenlijk pas vanaf de 20e eeuw. Het is logisch de invloed van menselijke activiteiten te beschrijven met als referentieperiode kort voordat die invloed begon, dus van 1850-1900. Achteraf gezien dus een groot geluk dat de observaties op tijd zijn gestart.
We hadden natuurlijk graag systematische observaties van eerdere periodes (voor 1850) gehad, in het bijzonder van de periode 1450-1850 die als bijnaam ‘de Kleine IJstijd’ heeft. Helaas zijn die er niet, en moeten we de klimaatomstandigheden afleiden uit andere bronnen, zoals bijvoorbeeld de ijskernen van Groenland en Antarctica. Inmiddels kunnen we veel van zulk soort bronnen, ‘natuurlijke archieven’ genoemd, steeds nauwkeuriger interpreteren. Het zijn echter geen directe temperatuurwaarnemingen en de observaties zijn ook niet gelijk verdeeld over de hele aarde.
De observaties laten vanaf ca. 1930 een duidelijke opwarming van de aarde zien, en vooral vanaf 1975 gaat het snel. De rol van klimaatmodellen is om deze temperatuurveranderingen te kunnen duiden. Anders gezegd kunnen klimaatmodellen de temperatuurfluctuaties en de sterke temperatuurstijging vanaf 1975 simuleren door een combinatie van natuurlijke effecten en een bepaalde verhoging van de concentraties broeikasgassen te veronderstellen. Als die simulatie lukt (en dat is inmiddels zo) wordt het ook zinvol die modellen te gebruiken om te berekenen welke klimaatverandering ons te wachten staat, afhankelijk van al dan niet verdere uitstoot van broeikasgassen.
Klimaatmodellen bevatten gelijksoortige natuurlijke klimaatfluctuaties als te zien in Figuur 1, bijvoorbeeld veroorzaakt door El Niño. Ze onderschatten echter waarschijnlijk de veel langzamere natuurlijke fluctuaties op tijdschalen van honderd jaar en meer zoals de Kleine IJstijd [2]. Verder worden de modellen die ook voor rapporten van het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, [3]) worden gebruikt meestal niet voor zulke lange periodes gerund. Dit komt omdat ze daarvoor te duur zijn en zulke simulaties teveel computertijd zouden kosten. Wel zijn er voorbeelden bekend van modellen die spontane klimaatfluctuaties simuleren die kenmerken vertonen van een Kleine IJstijd [4], maar dat zijn uitzonderingen. Omdat natuurlijke fluctuaties geen externe oorzaak hebben, is het heel erg moeilijk voor klimaatmodellen om dit te simuleren en kunnen we niet zomaar op een willekeurig jaartal de simulatie starten. Wanneer we dit wel doen verschijnen en verdwijnen deze fluctuaties op willekeurige momenten en klopt het model vaak niet. Alleen als we klimaatmodellen starten met een waargenomen beginsituatie (zoals 1850) kunnen we hopen dat we zo’n fluctuatie goed voorspellen. Op dit moment lukken die goede voorspellingen alleen voor seizoensvariaties, El Niño-voorspellingen [5] en een klein beetje voor periodes van een paar jaar vooruit, maar zeker niet voor fluctuaties van honderden jaren [6]. We weten niet goed genoeg hoe de atmosfeer, oceaan en ijswereld er in de 14e en zelfs 19e eeuw over de gehele aardbol uitzagen om dat enige kans van slagen te geven.
Klimaatmodellen voeren vaak simulaties uit volgens een vast protocol. Dit protocol is ontworpen om zo goed mogelijk het effect van de uitstoot van broeikasgassen op het klimaat te evalueren [7]. Alle modellen voeren een controlesimulatie uit, genaamd de ‘pre-industriële controlerun’. Dit houdt het volgende in: in de modellen worden de broeikasgassen ingevoerd met de concentraties van 1850 en daarna constant gehouden. Vervolgens starten de modellen vanuit een willekeurige weer en oceaantoestand en wordt er doorgerekend totdat atmosfeer en oceaan in evenwicht zijn met de broeikasgassen. Met evenwicht bedoelen we dat er geen opwarming of afkoeling meer plaatsvindt. Als er evenwicht is bereikt, start een historische modelsimulatie 1850-2015 met voorgeschreven (waargenomen) veranderingen in broeikasgasconcentratie, instraling van de zon en vulkaanuitbarstingen. Vanaf 2015 worden verschillende broeikasgasscenario’s doorgerekend op basis van mogelijke socio-economische ontwikkelingen [8]. Veranderingen in zonnestraling en de uitstoot van aerosolen (roet en andere deeltjes die vrijkomen bij een vulkaanuitbarsting) door vulkanen zijn ook belangrijk om klimaatveranderingen goed te simuleren. Deze zijn echter voor 1850 niet goed bekend. Natuurlijke veranderingen in het klimaat, zoals de Kleine IJstijd, vinden we ook terug in de modellen, maar warme en koude periodes ontstaan niet gelijktijdig met de waarnemingen. Je kunt natuurlijke schommelingen hooguit 10 jaar correct voorspellen. In dat geval moet je heel precies de beginsituatie weten. Het is dus onmogelijk langzame natuurlijke schommelingen uit het verre verleden correct in het model te krijgen. Warme en koude periodes worden aan het begin goed gesimuleerd door de modellen, maar beginnen na 10 jaar uit de pas te lopen. Verder is het doel van deze modellen juist om toekomstvoorspellingen te maken op basis van toenemende broeikasgasconcentraties. Dit zou alleen maar vertroebeld worden als modellen ook het effect van de Kleine IJstijd zouden meenemen. Het is niet alleen duurder, maar het heeft ook geen meerwaarde om de klimaatmodellen voor 1850 te laten starten.