KLIMAATMONITORING

Wim Monna

In bewerking

KNMI, 11.6.2002

1. Inleiding

Hoe komen we er achter of het klimaat verandert? Daarvoor zijn lange meetreeksen nodig van allerhande gegevens die tezamen het klimaat beschrijven. Het gaat daarbij niet alleen om metingen in de atmosfeer. Er zijn ook metingen nodig van oceanen, ijskappen, vegetatie en landoppervlak, die via ingewikkelde interacties tezamen het mondiale klimaatsysteem vormen. Het klimaat in Nederland hangt daar onlosmakelijk mee samen. Er is dus een wereldomvattend waarneemnetwerk nodig. Het verkrijgen van de benodigde langjarige meetreeksen van zo'n grote diversiteit aan verschijnselen van alle delen van de aarde is een zeer complexe taak. Het gaat meestal om technisch moeilijke metingen en er worden hoge eisen aan de nauwkeurigheid en de continuïteit gesteld. Bovendien is het niet eenvoudig internationale waarneemnetwerken zo te organiseren dat de metingen jaren achtereen overal ter wereld op dezelfde wijze worden gedaan, zodat de gegevens onderling vergelijkbaar zijn. Vervolgens is het essentieel dat alle metingen zorgvuldig op kwaliteit worden gecontroleerd en op een geordende wijze in databases worden ondergebracht.

Er worden pas gedurende zo'n 150 jaar op enige schaal systematische metingen van weer en klimaat gedaan. Om de veranderingen die we nu waarnemen in het perspectief van een langere tijdspanne te kunnen plaatsen worden deze gegevensbestanden zo goed mogelijk aangevuld met gegevens uit historische bronnen en met klimaatgegevens die worden ontleend aan met klimaat samenhangende processen in de natuur zoals bijvoorbeeld de groei van jaarringen in bomen. Tenslotte worden alle gegevens beschikbaar gesteld voor interpretatie, waarbij ook computermodellen van het klimaatsysteem worden gebruikt. Het hele proces vanaf individuele metingen tot en met de samenvoeging van gegevens in computermodellen noemen we klimaatmonitoring. En pas na de interpretatie van al die gegevens weten we echt of het klimaat verandert.

2. Klassieke oppervlaktewaarnemingen

De Griekse wijsgeer Aristoteles was de eerste die (in zijn boek Meteorologica) opriep tot het doen van systematische waarnemingen van het weer. Pas veel later, met de uitvinding van instrumenten zoals de windmeter (Alberti, ca. 1450), de thermometer (Gallileï, 1593) en de barometer (Toricelli, 1642), werden echte metingen mogelijk. In Nederland bestond er al vroeg belangstelling voor weer en klimaat in verband met de waterhuishouding. De drooglegging van de Haarlemmermeer was de aanleiding om in 1735 te starten met dagelijkse weermetingen in Zwanenburg, gelegen in de buurt van het huidige Halfweg. Deze metingen werden voortgezet tot 1861. Gekoppeld aan de metingen te De Bilt vormt deze zogenaamde Zwanenburg-reeks een van de langste meetreeksen ter wereld.

Vanwege het grote economische en militaire belang van de scheepvaart was er al eeuwen geleden belangstelling voor het weer op zee, waarbij schattingen van de wind werden bijgehouden in journalen. De studie van het weer op zee was de directe aanleiding voor de oprichting van de eerste Nationale Meteorologische Diensten. In opdracht van de regering werd in 1854 het KNMI opgericht door Buys Ballot. De Beaufortschaal voor schatting van windsnelheden werd ontwikkeld voor gebruik op zee. De beroemde wet van Buys Ballot, die het verband aangeeft tussen luchtdrukverschillen en windrichting, werd afgeleid uit waarnemingen in zeehavens. De ontwikkeling van steeds modernere meteorologische instrumenten maakte het mogelijk op schepen betrouwbare metingen van de lucht- en zeewatertemperatuur en de luchtdruk te verrichten. Waarnemingen van golven en stromingen kwamen beschikbaar. Ook op land werden waarneemstations ingericht waar metingen werden gedaan van luchtdruk, windsnelheid en -richting, temperatuur, luchtvochtigheid en neerslag.

Het KNMI hield zich in het begin vooral bezig met weersverwachtingen, waarbij Buys Ballot pleitte voor een wetenschappelijke aanpak, immers "een verzameling van waarnemingen is alleen wetenschap, wanneer zij de waarnemingen met elkaar in verband brengt volgens de wet van oorzaak en gevolg". Ook onderkende Buys Ballot al snel het internationale karakter van de meteorologie, en het waren mede zijn inspanningen die leidden tot de oprichting van het Internationaal Meteorologisch Comité in 1873, de voorloper van de World Meteorological Organisation (WMO). In deze eerste periode van het KNMI werden reeds maandgemiddelden berekend van de diverse meteorologische metingen, een eerste vorm van klimaatbeschrijving. Tegen het einde van zijn loopbaan begon Buys Ballot na te denken over de interpretatie van deze gegevens, getuige bijvoorbeeld een publicatie in 1885 getiteld "The anomalies in the annual range of temperature. How to detect them". Zo begon het gebruik van meteorologische waarnemingen voor de detectie van klimaatveranderingen

De gedachte dat je pas iets over het weer in de toekomst kunt zeggen als je de actuele toestand van het weer kent leidde tot de ontwikkeling van het synoptische waarneemnetwerk. Uitgangspunt is het gelijktijdig waarnemen van de atmosferische grootheden door een netwerk van stations verspreid over de gehele aarde. Essentieel daarbij is dat de verkregen gegevens tussen alle landen vrijelijk en direct na waarneming worden uitgewisseld. Dat was pas mogelijk na de uitvinding van de telegraaf en met radio ging het later nog makkelijker. Voor de verspreiding van de waarnemingen werd het Global Telecommunication System (GTS) opgezet. Thans worden elk uur op meer dan 10.000 stations verspreid over de gehele wereld waarnemingen gedaan van luchtdruk, windsnelheid en -richting, temperatuur, luchtvochtigheid en neerslag. In Nederland maken 59 stations deel uit van dit netwerk. Naast dit synoptisch waarneemnetwerk ten behoeve van de weersverwachting beschikken veel landen ook over een klimatologisch waarneem netwerk. Vaak zijn beide netwerken geïntegreerd. In Nederland vond dat in 1971 plaats. Deze klassieke synoptische en klimatologische netwerken vormen de kern van het mondiale netwerk voor klimaatmonitoring.

Ook de waarnemingen op zee werden verder ontwikkeld. Met de vervolmaking van de radiotechniek kwamen deze metingen ook direct ter beschikking van de weerkundige diensten, en kunnen ze worden gezien als een uitbreiding van het synoptisch waarneemnetwerk. Zo ontstond geleidelijk inzicht in het verband tussen het weer, en daarmee ook het klimaat, op zee en boven land. Nederland speelt al vanaf de oprichting van het KNMI een prominente rol in het verrichten van waarnemingen op schepen. Figuur 1 illustreert de bijdragen van verschillende landen aan dat waarneemprogramma. Als een van de acht Responsible Members van het coördinerende WMO programma speelt Nederland en daarmee het KNMI nog steeds een vooraanstaande rol. Inmiddels zijn wereldwijd circa 6900 schepen bij deze waarnemingen betrokken, waaronder ongeveer 200 Nederlandse koopvaardij- en marineschepen. Zij meten en schatten de meest uiteenlopende grootheden, zowel op het zeeoppervlak (bijv. oppervlaktetemperatuur, golven) als in de bovenlucht (bijv. wind, temperatuur, vochtigheid, luchtdruk). Sommige schepen meten bovendien de temperatuur op grotere diepte, en enkele ook het zoutgehalte. We moeten ons daarbij realiseren dat deze klassieke vorm van waarnemen op zee (vanaf schepen) alleen plaats vindt op de veel bevaren scheepvaartroutes. Er zijn daarom gebieden op de oceanen waar nauwelijks scheepswaarnemingen worden gedaan.

Meteorologische waarnemingen voor klimaatmonitoring moeten aan hoge kwaliteitseisen voldoen. We willen kleine veranderingen in het klimaat kunnen detecteren. Om bijvoorbeeld een temperatuurverandering van één graad te kunnen vaststellen moeten de temperatuurmetingen een betrouwbaarheid van één tiende graad hebben, anders verwarren we meetfouten met een verandering van het klimaat. Om te beginnen moeten instrumenten nauwkeurig worden geijkt. Als een nieuwe ijkmethode wordt ingevoerd is het belangrijk op te letten dat de oude en de nieuwe metingen goed op elkaar aansluiten, anders is er sprake van een schijnbare klimaatverandering. Daarbij is het van groot belang alle veranderingen in de procedure zorgvuldig te documenteren om eventueel later aan het licht komende onregelmatigheden alsnog te kunnen corrigeren. Een goed geijkt instrument moet vervolgens zodanig worden opgesteld dat het ook meet wat we willen. Een thermometer meet alleen de luchttemperatuur als hij op de juiste wijze uit de zon wordt gehouden. Voor een goede windmeting mogen in de omgeving geen bomen of huizen staan. Windmeting op een groot, ook nog bewegend schip is niet eenvoudig. En hoe meet je de temperatuur van het zeeoppervlak als er golven zijn? Voor de opstelling van meteorologische instrumenten zijn voorschriften ontwikkeld die er voor zorgen dat metingen op diverse plaatsen op dezelfde manier worden verricht, zodat ze niet alleen nauwkeurig maar ook onderling vergelijkbaar zijn. Tenslotte is het van belang zo te meten dat de meting representatief is voor het klimaat van een ruimere omgeving. In een groot droog gebied moet niet juist naast het enige meertje worden gemeten. Deze representativiteit moet bovendien jarenlang gegarandeerd zijn. Een lange meetreeks van een instrument dat eerst buiten de stad was opgesteld maar vervolgens door voortschrijdende verstedelijking is opgeslokt door een woonwijk heeft weinig klimatologische waarde. Om al dit soort problemen te voorkomen bestaan de moderne klimatologische netwerken uit stations die op al deze nauwkeurigheidsaspecten zorgvuldig zijn geselecteerd.

3. Waarnemingen van de bovenlucht

Al snel ontstond er behoefte aan waarnemingen in hogere lagen van de atmosfeer in aanvulling op de waarnemingen op de grond. Begonnen werd met het oplaten van zelfregistrerende instrumenten aan vliegers en ballonnen, waarbij in 1902 de tropopause werd ontdekt. Met de opkomst van de luchtvaart werden specifieke meetvluchten mogelijk. Meteorologische waarnemers van de Nederlandse luchtmacht vervulden daarin een pioniersrol. Pas met de uitvinding van de radiosonde rond 1930 werden systematische waarnemingen in de bovenlucht mogelijk van temperatuur en vochtigheid. Met een radiozendertje worden de metingen van een aan een ballon hangende sonde naar een grondstation gezonden. Doordat ook de luchtdruk wordt gemeten kan de actuele hoogte van de sonde steeds worden berekend. Gegevens over de wind kunnen worden afgeleid uit de horizontale verplaatsing van de ballon. In het begin werd daar een theodoliet voor gebruikt. Tegenwoordig zijn radiosondes uitgerust met een automatisch plaatsbepalingsysteem zoals GPS. Werden vroeger de gegevens met de hand uitgewerkt, tegenwoordig is de bewerking geautomatiseerd tot en met de verzending van de gegevens via het GTS. Inmiddels bestaat er een mondiaal netwerk van zo'n 900 radiosondestations waar twee maal per etmaal gelijktijdig een radiosonde wordt opgelaten. Ook vanaf schepen worden radiosondes opgelaten. Deze metingen in de bovenlucht hebben ondermeer geleid tot een beter begrip van de rol van de tropopause en de straalstroom voor het gedrag van de atmosfeer.

Radiosondegegevens zijn ook in het remote-sensing tijdperk onmisbaar voor weersverwachting en klimaatmonitoring. Daarbij is veel aandacht nodig voor de kwaliteit van de metingen. Een radiosonde is een wegwerpartikel dat niet te duur mag zijn gezien het frequente gebruik, terwijl het bereiken van de gewenste nauwkeurigheid technisch niet eenvoudig is. Een bekend aandachtspunt is de correctie van de temperatuur meting voor de invloed van de zon die vooral op grote hoogte tot te hoge temperatuurwaarden kan leiden. Er bestaan verschillende merken radiosondes, en het is van groot belang regelmatig te controleren of er geen verschillen voorkomen tussen de metingen met de verschillende types. Ook bestaat de kans dat een nieuw ontwikkeld model van eenzelfde fabriek iets andere waarden geeft dan het vorige model.

Bij de klassieke waarnemingen van de bovenlucht hoort ook de bepaling van de hoogte van de wolkenbasis. Deze werd vroeger visueel geschat, tot er een meetmethode werd ontwikkeld waarmee 's nachts de hoogte werd afgeleid uit de hoek waaronder men een lichtvlek van een schijnwerper op de wolk ziet. Inmiddels bestaan er moderne remote-sensing technieken.

4. Klimaatwaarnemingen

Het weer, waargenomen over langere tijd, met zijn schommelingen in temperatuur, wind, zon, bewolking en neerslag, ervaren we als ons klimaat. Ons weer hangt echter niet alleen af van het gedrag van de atmosfeer. Om veranderingen in het klimaat waar te nemen en te begrijpen is gedetailleerde kennis nodig van een groot aantal onderling samenhangende processen over de gehele aarde. Van al deze processen, die elk op zich kunnen veranderen, zijn dus voortdurend metingen nodig. Hierboven beschreven we de klassieke metingen in de atmosfeer en op de oceaan. In deze paragraaf beschrijven we wat voor metingen van het klimaatsysteem verder nodig zijn. Velen daarvan kunnen het beste worden uitgevoerd met moderne meettechnieken die in paragraaf 5 worden genoemd.

Voor het klimaat van west Europa is de warme golfstroom essentieel. Hiermee komt relatief warm zeewater vanuit tropische delen van de oceaan naar onze omgeving, waardoor het klimaat bij ons milder is dan het anders zou zijn. Op wereldschaal gezien vinden we in de oceanen vele van dit soort stromingen. Het is dus van belang al deze stromingen voortdurend te meten, want veranderingen daarin hebben invloed op het klimaat. Ook andere fenomenen hebben invloed op het klimaat, zoals El Niño, een onregelmatig terugkerende opwarming van het zeewater langs de evenaar in het oosten van de Stille Oceaan. Dit soort stromingen en andere verschijnselen worden gemeten vanaf schepen, en met meedrijvende en vastgemeerde boeien. Ook wordt de oppervlaktetemperatuur van het water gemeten, want die heeft invloed op de temperatuur van de lucht er boven. Wind en golven beïnvloeden elkaar wederzijds, dus ook golfpatronen moeten worden vastgelegd. Het zoutgehalte en de temperatuur van het water op grotere diepten worden eveneens gemeten, want die hebben invloed op de stromingen onder water en daarmee op het totale gedrag van de oceanen. Tenslotte wordt de hoogte van het zeeoppervlak gemeten. Dat is niet alleen nodig omdat stijging van het zeeoppervlak door een warmer klimaat een bedreiging voor de mens vormt. Kleine verschillen in de hoogte van het zeeoppervlak in verschillende gebieden op aarde leren ons ook iets over de samenhang tussen de stromingen in de oceanen.

Verdamping van (zee)water, wolkenvorming, neerslag en waterafvoer door rivieren vormen samen de zogenaamde hydrologische kringloop. Ook die willen we met metingen in kaart brengen. Met regenmeters en ook met de moderne buienradar wordt neerslag gemeten. Waterafvoeren van rivieren worden bewaakt door hydrologische diensten. Verdamping wordt niet routinematig gemeten. Wel hebben we informatie over wolken nodig. De onzekerheid over de neerslag boven zee bedraagt nog een factor twee.

Van oudsher wordt de bewolkingssituatie vastgesteld door visuele waarneming op weerstations. Inmiddels hebben we echter behoefte aan meer gedetailleerde informatie over wolken. Wolken spelen niet alleen een rol in de hydrologische cyclus. Ze weerkaatsen ook zonnestraling en zenden zelf warmtestraling uit. Het effect daarvan is ingewikkeld. Lage bewolking heeft een afkoelend effect op het klimaat, terwijl hoge bewolking verwarmend werkt. We willen daarom precies weten waar de bewolking zich bevindt. Ook hebben we informatie nodig over de hoeveelheid waterdruppels en ijskristallen in de wolk, niet alleen in verband met neerslaghoeveelheden, maar ook vanwege de invloed er van op straling. Dit zijn allemaal lastige metingen, die alleen uitvoerbaar zijn met moderne remote-sensing technieken. Om de relatie tussen wolken en straling te monitoren wordt ook de hoeveelheid straling gemeten die het aardoppervlak bereikt.

Landoppervlak en vegetatie en de hydrologische kringloop zijn onderling verbonden. Zo kan vermindering van de neerslag bij veel verdamping leiden tot verdroging en woestijnvorming. Ook is er verband tussen landgebruik en afvoer van neerslag naar rivieren. Verandering van bodemstructuur en vegetatie heeft ook invloed op de absorptie van zonnestraling op het oppervlak. Het is dus nodig landoppervlak, vegetatie en bodemgebruik in kaart te brengen en veranderingen daarin vast te stellen. Het gaat daarbij niet om bepaling van landoppervlakte eigenschappen op individuele locaties, maar om het verkrijgen van informatie die karakteristiek is voor grotere gebieden. Een speciaal aspect hierbij is het al dan niet voorkomen van een sneeuwdek, omdat sneeuw de zonnestraling voor een belangrijk deel terugkaatst. Al dit soort metingen is pas mogelijk sinds de opkomst van de moderne satelliet-meettechnieken.

IJskappen zoals die op de Zuidpool en op Groenland kaatsen veel zonlicht terug en vanwege hun grote afmeting spelen ze een belangrijke rol in het klimaatsysteem. Er is bovendien veel water opgeslagen in deze ijskappen. Bij smelten daarvan zou de zeespiegel merkbaar stijgen. Veranderingen in de ijskappen kunnen een aanwijzing zijn dat er met het hele klimaatsysteem iets verandert. Het is daarom van belang omvang en dikte van ijskappen voortdurend te monitoren. Ook dit kan pas goed met satellietmetingen.

Een aantal malen kwam de invloed van verandering in de absorptie van de zonnestraling reeds aan de orde, bijvoorbeeld door weerkaatsing door wolken of door sneeuw. Veranderingen in de intensiteit van de zonnestraling zelf hebben natuurlijk ook effect op ons klimaat. Dergelijke veranderingen komen voor, maar zijn klein. Toch moeten ze gemeten worden om te kunnen nagaan in hoeverre een verandering van het klimaat rechtstreeks veroorzaakt wordt door veranderingen in de activiteit van de zon. Een echt goede meting van de straling die van de zon afkomstig is kan alleen worden uitgevoerd vanuit satellieten aan de buitenkant van de dampkring.

Alle hierboven genoemde aspecten van het klimaatsysteem hebben een directe invloed op hoe de mens weer en klimaat aan den lijve ervaart. Er is daarnaast een belangrijk aspect van het klimaatsysteem waarvan we de invloed niet rechtstreeks merken: de aanwezigheid van broeikasgassen in de atmosfeer. Deze gassen, zoals kooldioxide, methaan en ozon, spelen echter een centrale rol bij het broeikaseffect. Ozon houdt bovendien schadelijke UV straling tegen. Broeikasgassen komen van nature voor, maar door menselijke activiteiten worden de concentraties beïnvloed. Daarnaast kunnen vulkaanuitbarstingen veranderingen in de concentraties veroorzaken. Ook komen inmiddels zogenaamde CFK's voor, door de mens geproduceerde chloorhoudende gassen, die Ozon afbreken. Al deze stoffen hebben invloed op het klimaat. Het is daarom essentieel de samenstelling van de atmosfeer voortdurend te monitoren. Bovendien willen we de uitstoot van allerhande stoffen door bijvoorbeeld auto's, vliegtuigen en industrie in kaart brengen, zodat we kunnen begrijpen waardoor veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer worden veroorzaakt.

Bij het monitoren van de samenstelling van de atmosfeer wordt ook gekeken naar de aanwezigheid van aerosolen, stofdeeltjes die zowel van nature in de lucht voorkomen (fijn zand, zoutkristallen, stof uit vulkanen) als door de mens worden geproduceerd (bijvoorbeeld industrie). Aerosoldeeltjes hebben invloed op het ontstaan van bewolking. Daarnaast onderscheppen ze straling. De routinematige meting van aerosolen staat nog in de kinderschoenen.

Tenslotte komen we bij biologische processen. Vegetatie op het land en algen in zee nemen kooldioxide op en produceren zuurstof. Een verandering van de hoeveelheid vegetatie en algen heeft dus invloed op de samenstelling van de atmosfeer. Omgekeerd verandert de vegetatie als het klimaat verandert. Om ons beeld van het klimaatsysteem te kunnen completeren is het dus nodig te weten welke organismen aan dit proces, en aan soortgelijke processen deelnemen, hoe ze verdeeld zijn over de aarde, en of daar veranderingen in optreden. We willen de zogenaamde biomassa kennen. Ook dit laatste aspect is eigenlijk alleen aan de hand van satellietmeting in kaart te brengen.

5. Moderne meettechnieken

In de afgelopen decennia zijn diverse nieuwe waarnemingstechnieken ontwikkeld die een essentiële rol spelen bij moderne klimaatmonitoring. Boeien op zee zijn uitgerust met een meetinstrument dat onder water verticaal op en neer beweegt om temperatuur en zoutgehalte te bepalen. De gegevens worden radiografisch doorgezonden. Met moderne stralingsmeters wordt niet alleen de intensiteit van de zonnestraling gemeten, maar ook de warmtestraling die door de aarde en door wolken wordt uitgezonden. Ook ultraviolette straling kan inmiddels betrouwbaar worden gemeten. De jarenlange meetreeks op Hawaï van de steeds toenemende concentratie van kooldioxide (Figuur 2) is het bekendste voorbeeld van het monitoren van de concentraties van broeikasgassen, waarvoor inmiddels een netwerk van enkele tientallen stations is ingericht. De verdeling van ozon in de atmosfeer wordt routinematig gemeten met ozon-radiosondes.

Het verkrijgen van een meer compleet beeld van alle processen die een rol spelen in het klimaatsysteem werd mogelijk met de ontwikkeling van remote-sensing technieken; 'meten op afstand'. De al in paragraaf 3 genoemde meting van de hoogte van de wolkenbasis uit de weerkaatsing van een lichtbundel is het oudste voorbeeld. Het principe van de radar om vliegtuigen te 'zien' werd verder ontwikkeld tot de buienradar. Met een ander soort radar kunnen windrichting en -snelheid tot hoog in de atmosfeer worden gemeten, en er is ook een radar die geschikt is om de vorm en samenstelling van wolken te bepalen. Uit de intensiteit van de UV straling kan de hoeveelheid ozon worden afgeleid.

Met de opkomst van meetinstrumenten op satellieten die de aarde omcirkelen werd het tenslotte mogelijk een mondiaal en ruimtelijk beeld te krijgen van het klimaatsysteem, met name ook boven oceanen. In 1965 maakte de TIROS-9 satelliet de eerste opnamen van de bewolking van de gehele aarde. Inmiddels wordt de mondiale bewolking continu vanuit satellieten waargenomen. Daarbij worden beelden gemaakt in zichtbaar licht en ook beelden van de warmtestraling van wolken, waaruit de wolkentemperatuur, die weer verband houdt met de hoogte van de wolk, wordt afgeleid. Met een vergelijkbare techniek wordt ook de temperatuur van het land- en zeeoppervlak bepaald. Met de meest recente technieken is het mogelijk de straling van de wolken spectraal te ontleden. Daarmee kan ook informatie worden verkregen over de waterdruppels en ijskristallen in wolken. Tezamen met waarnemingen vanaf de grond ontstaat zo een behoorlijk gedetailleerd beeld. Maar ondanks deze vooruitgang is er nog behoefte aan verbetering van de waarnemingen van bewolking, omdat wolken een grote verscheidenheid aan verschijningsvormen kennen, in diverse lagen kunnen voorkomen en bovendien een sleutelrol spelen in het klimaatsysteem.

Het is ook mogelijk de temperatuur en vochtigheid op verschillende hoogtes in de atmosfeer af te leiden uit het spectrum van de warmtestraling. Tenslotte bevat het stralingsspectrum ook informatie over ozonconcentraties, die inmiddels ca. twee decennia in kaart worden gebracht. De ontwikkeling van het 'ozongat' boven Antarctica is zo goed te volgen. Het uit satellieten waarnemen van andere broeikasgassen en van aerosolen is in ontwikkeling.

Tot voor enkele jaren werden satellietmetingen gedaan met instrumenten die alleen kunnen 'kijken'. Met de moderne technieken van energievoorziening van satellieten is het inmiddels ook mogelijk te meten met radartechnieken, die veel energie behoeven omdat ze electromagnetische pulsen uitzenden. Zo levert een buienradar op een satelliet informatie over zware buien in de tropen. De hoogte van het zeeoppervlak kan in detail worden gemeten, en uit de eveneens gemeten golfstructuur wordt de wind boven zee afgeleid. Ook de hoogte, beweging en afsmelten van ijskappen kan zo worden bepaald.

Deze moderne satelliet waarnemingstechnieken zijn technisch zeer ingewikkeld. Bovendien moeten de instrumenten heel betrouwbaar zijn. Reparatie is immers onmogelijk. Het ontwikkelen van nieuwe instrumenten duurt dan ook gemiddeld zeker tien jaar. De levensduur bedraagt vervolgens vaak slechts enkele jaren. Alleen al om continu te kunnen meten moeten er dus voortdurend nieuwe instrumenten worden gebouwd.

Een nadeel van satellietmetingen t.o.v. metingen vanaf de grond is dat vanuit satellieten veelal onvoldoende details van verticale structuren in de atmosfeer worden waargenomen. Een belangrijk voordeel is dat de ruimtelijke verdeling van klimaatverschijnselen over de gehele aardbol kunnen worden gemeten. Satellietmetingen kunnen waarnemingen op en vanaf de grond niet vervangen; beide methodes vullen elkaar aan. Bovendien zijn goede controles en ijkingen van satellietgegevens alleen mogelijk door ze regelmatig te vergelijken met rechtstreekse metingen vanaf de grond op een aantal locaties, want het omrekenen van de waarnemingen van satellietinstrumenten tot interpreteerbare klimaatgegevens is doorgaans heel ingewikkeld.

Tenslotte noem we enkele methodes om klimaatgegevens uit het verleden te verkrijgen. IJskappen ontstaan door opeenstapeling van sneeuwval door de jaren heen. Uit verticale boorkernen uit het ijs van Antarctica en Groenland kan informatie over de temperatuur en de concentratie van kooldioxide en methaan worden afgeleid tot ruim 400.000 jaar geleden. De jaarlijkse groei van bomen, die zichtbaar is aan de dikte van de zogenaamde jaarringen, is afhankelijk van het klimaat. Door het ringenpatroon van levende bomen, oud hout en fossiele bomen onderling te vergelijken is er een beeld van het klimaat tot 6.000 jaar geleden. Als laatste bron van informatie noemen we oude journalen. Daarbij zijn niet alleen rechtstreekse beschrijvingen van het weer van belang. Ook uit beschrijvingen van het dagelijks leven is vaak informatie over het toenmalig klimaat af te leiden.