Humlum: over emissies en omissies

Gast-blog van Jos Hagelaars

Samenvatting.

Een nieuw artikel van Ole Humlum en anderen suggereert dat de menselijke CO2 emissies niet de drijvende kracht zijn achter de opwarming van de aarde. Uit hun berekeningen blijkt dat een verandering in de CO2 concentratie volgt op een temperatuursverandering. Hieruit concludeert men onder meer dat het goed mogelijk is dat:
– De toegenomen atmosferische CO2 concentraties een gevolg zijn van warmer wordende oceanen.
– Menselijke CO2 emissies weinig invloed hebben op de CO2 concentratie.
– CO2 wellicht weinig of geen invloed op de temperatuur op aarde heeft.

De conclusies en suggesties van Humlum en zijn medeauteurs zijn aantoonbaar onjuist:
– Een piek in de temperatuursstijging van de oceanen is gerelateerd aan het optreden van een El Niño en juist dan geven de oceanen gemiddeld minder CO2 af. De meeste variatie in de jaarlijkse CO2 stijging wordt veroorzaakt door het land en niet de oceanen. Hier spelen o.a. droogteperioden, bosbranden of meer/minder groei van planten en bomen een rol.
– De toename van de CO2 concentratie in de atmosfeer wordt wel degelijk veroorzaakt door menselijke CO2 emissies. Dit volgt onder meer uit budget berekeningen, verhoudingen in de koolstofisotopen C13/C12 en de afname van de zuurstofconcentratie in de atmosfeer. Samenvattingen van deze onderzoeken zijn te vinden op Skeptical Science en de website van ‘scepticus’ Ferdinand Engelbeen. Deze laatste heeft zelfs op WUWT een 4-delige serie over dit onderwerp geschreven (zie hier: deel 1, deel 2, deel 3 en deel 4).
– De korte termijn variaties in de CO2 stijging hebben een orde grootte van 1%. Over een langere termijn is het netto effect van deze variaties precies 0. Door de berekeningswijze van Humlum et al is de lange termijn trend in de CO2 concentratie in de atmosfeer niet meer zichtbaar terwijl deze gestaag toeneemt en inmiddels circa 2 ppm per jaar bedraagt. Er kan op basis van hun methode dus geen conclusie worden getrokken over (de oorzaak) van die lange termijn trend.
– Uit de meetbare IR absorptie eigenschappen van het molecuul CO2 is af te leiden dat een verdubbeling van de CO2 concentratie zal leiden tot een stijging van de temperatuur op aarde met circa 1.2 °C. Daar er zoiets bestaat als feedbacks zal een dergelijke verdubbeling uiteindelijk leiden tot een temperatuurstijging van 2 – 4.5 °C met een meest waarschijnlijke waarde van 3 °C.

Humlum’s artikel.

Ole Humlum is een professor Fysische Geografie bij het Institute of Geoscience, University of Oslo en tevens de man achter de website Climate4You. Enkele weken geleden verscheen er een artikel van Humlum en anderen in Global and Planetary Change over de relatie tussen atmosferische CO2 en de mondiale temperatuur. Enkele conclusies en opmerkingen daaruit:
– Changes in global atmospheric CO2 are lagging about 11-12 months behind changes in global sea surface temperature and 9.5-10 months behind changes in global air surface temperature.
– CO2 released from anthropogene sources apparently have little influence on the observed changes in atmospheric CO2, and changes in atmospheric CO2 are not tracking changes in human emissions.
– Empirical observations indicate that changes in temperature generally are driving changes in atmospheric CO2, and not the other way around.
– …that modern changes in temperatures are generally not induced by changes in atmospheric CO2.
– A main control on atmospheric CO2 appears to be the ocean surface temperature, and it remains a possibility that a significant part of the overall increase of atmospheric CO2 since at least 1958 (start of Mauna Loa observations) simply reflects the gradual warming of the oceans, as a result of the prolonged period of high solar activity since 1920.
– The modern relation between temperature and CO2 is qualitatively identical to that demonstrated by ice cores for the Quaternary glacial-interglacial transitions, although the modern time lag between temperature and CO2 is considerably shorter. However, this is presumably reflecting the much coarser time resolution provided by ice cores, displaying only changes on a multi-decadal scale.

De temperatuur zorgt voor de stijging van de CO2 concentratie en de menselijke emissies hebben daar weinig mee van doen maar wel de zon. Uiteraard vinden de zogenaamde sceptici dit zeer interessant, zoals bij WUWT of GWPF. Het is een bekend thema dat zo af en toe opduikt, zie bijv. de volgende SkepticalScience artikelen over Murray Salby of over een WUWT stuk van een zekere Lon Hocker.

De menselijke emissies van CO2 door het verbranden van fossiele brandstoffen, het aanmaken van cement en veranderend landgebruik vertonen met de jaren een redelijk monotoon stijgend beeld. Dit terwijl de atmosferische groei van CO2 een grillig patroon laat zien. Zie figuur 1 (data via hier).

Fig. 1: De jaarlijkse CO2 emissies en de atmosferische groei van de CO2 concentratie.

Het verschil tussen de emissies en de jaarlijkse groei van de CO2 concentratie in de atmosfeer wordt veroorzaakt doordat de oceanen en het land een gedeelte van het geëmitteerde CO2 opnemen.
Of wordt de CO2 toename simpelweg veroorzaakt door een stijging van de temperatuur van de oceanen, zoals Humlum suggereert?

Zijn er tijdsverschillen tussen de temperatuur en de CO2 toename?

De faseverschuivingen in de tijd, waar Humlum et al over spreekt, tussen de mondiale temperaturen van de zee, de zee+land en de groei van de atmosferische CO2 zijn voor iedereen te verifiëren. Zie figuur 2, voor de GISTEMP, HadSST2 en de MEI (Multivariate ENSO Index), de laatste ontbreekt in het Humlum-artikel. Voor de weergave van de variatie in de CO2 toename heb ik ‘Diff12’ waarden berekend (Mauna Loa), een term die Humlum gebruikt om het verschil weer te geven tussen een waarde van een bepaalde maand en van diezelfde maand een jaar eerder.

Fig. 2: Een vergelijking tussen de maanddata van MEI (Multivariate Enso index), de mondiale temperatuur (GISTEMP), de zeetemperaturen (HadSST2) en de ‘Diff12’-CO2 concentratie.

In figuur 2 zijn met blauwe lijnen enkele pieken in de mondiale temperatuur weergegeven. Even na een El Niño (piek in MEI) zie je een piek in gemiddelde temperatuur op aarde (mondiaal en oceanen) en daarna een piek in de toename van de CO2 concentratie.
Niets nieuws onder de zon natuurlijk, Foster en Rahmstorf gebruikten vertragingen van ca. 3 maanden tussen MEI en de oppervlakte temperatuur in hun rekenmodel. De periode rond 1992 wijkt af en valt samen met de Mount Pinatubo eruptie.

Humlum’s conclusie over de faseverschuivingen zijn correct lijkt mij. De grootte van de tijdsverschillen tussen de ‘Diff12-CO2’ en de temperatuur worden wellicht beïnvloedt door het gekozen tijdsinterval en de berekeningswijze. Erg relevant lijkt mij dat niet.

Komt de extra CO2 in de atmosfeer uit de oceanen en zijn de menselijke emissies van weinig belang?

Volgens het Global Carbon Budget nemen de oceanen juist zo’n 30% van alle geëmitteerde CO2 op. Daarnaast daalt sinds de industriële revolutie de isotopen verhouding C13/C12 in de oceanen. Zie figuur 3, afkomstig uit Böhm et al 2002.

Fig. 3 : De verhouding tussen C13/C12 (δ13C) tegen de tijd in sponsen in het Caribische gebied.

Daar het leven op aarde een voorkeur voor C12 koolstof heeft (zie bijv. figuur 1 in Ghosh et al 2003) bevatten de fossiele brandstoffen verhoudingsgewijs meer C12 dan C13. Verbranden van fossiele brandstoffen laat de C13/C12 verhouding in de atmosfeer dalen evenals in de oceanen. Dit is duidelijk zichtbaar in de grote afname van δ¹³C bij de sponsen na circa 1850 in figuur 3.
Een andere indicator voor de opname van CO2 door oceanen is de dalende pH.

De suggestie van Humlum dat een significant gedeelte van de toename van de CO2 in de atmosfeer afkomstig is uit de oceanen is onjuist.

Waardoor wordt het tijdsverschil tussen de temperatuur en de CO2 stijging veroorzaakt?

Figuur 1 laat duidelijk zien dat de CO2 toename in de atmosfeer sterk varieert. De jaarlijkse in- en uitgaande CO2 flux van het land en de oceanen is in de orde grootte van respectievelijk 120 en 90 Gigaton koolstof per jaar, ongeveer een factor 20 groter dan de menselijke emissies. Variaties daarin kenmerken het grillige verloop van de jaarlijkse CO2 toename. De oorzaken daarvan zijn al regelmatig onderwerp van onderzoek geweest, in het IPCC rapport van 2007 is er een paragraaf aan gewijd: 7.3.2.4 Interannual Changes in the Carbon Cycle.

In tegenstelling tot wat je intuïtief zou denken, is het niet zo dat als gevolg van het warmere zeewater in de tropen er minder CO2 opgenomen wordt. Juist gedurende een El Niño wordt CO2 rijk water vervangen door CO2 arm water en vermindert het uitgassen van CO2 t.o.v. een niet-El Niño periode, zie bijv. Feely et al 2006:
– The mean circulation of the equatorial Pacific Ocean is characterized by upwelling that brings cold nutrient- and carbon-rich water to the surface along the equator east of about 160°E during non–El Niño periods.
– The warm El Niño phase of the ENSO cycle is characterized by a large-scale weakening of the trade winds, decrease in upwelling of CO2 and nutrient-rich subsurface waters and a corresponding warming of the sea surface temperature(SST) in the eastern and central equatorial Pacific.

De grootste bijdrage van de piek in de stijging in de CO2 concentratie na een El Niño komt van het land en dan vooral van het land in de tropen. Zie figuur 4, deze is afkomstig uit Baker et al 2006.

Fig. 4. De CO2 flux in PgC/jaar voor de oceaan (blauw) en het land (rood).

De oorzaak van de toename van de CO2 flux van het land is een complex samenspel van meer bosbranden door El Niño geïnduceerde droogteperioden, rottingsprocessen of een toename/afname in vegetatie groei. Zie bijv. de conclusies van Zeng et al 2005. Voor zover ik het kon volgen, zijn er nog diverse onduidelijkheden omtrent deze processen, zie bijv. Nevison et al 2008 of Schwalm et al 2011.

Jaarlijks voegt de mens inmiddels zo’n 10 gigaton koolstof toe aan de atmosfeer waarvan er ca. 5 gigaton opgenomen wordt door het land en de oceanen. De menselijke bijdrage komt bovenop een variërend proces van opname en afgifte van CO2 door het land en de oceanen. Het gemiddelde van die variaties op de stijgende trend, zichtbaar in figuur 1, is over meerdere jaren nul. De ‘Diff12’ berekening van Humlum en co-auteurs neemt juist de lange termijn stijgende trend weg, maar dat weerhoudt hen er blijkbaar niet van om over die trend conclusies te trekken (zie ook RealClimate). Deze lange termijn trend heeft inmiddels een grootte van 2 ppm CO2 per jaar.
De mens is er de oorzaak van dat sinds de industriële revolutie het CO2 gehalte in de atmosfeer gestegen is van 280 ppm naar 390 ppm in 2012 en zeker niet de temperatuurswisselingen van de oceanen.
Daarnaast is het duidelijk dat een El Niño invloed heeft op de mondiale temperatuur, op de CO2 flux van het land en in mindere mate van de oceanen en beïnvloedt het op die wijze de variatie in de CO2 toename in de atmosfeer.

De CO2 veranderingen geïnduceerd door de reactie van de biosfeer (dus buiten de seizoenen om) op korte termijn temperatuursveranderingen is totaal iets anders dan de stijging van de CO2 concentratie na een temperatuursverandering op de lange termijn, zoals die plaats vindt tussen de glacialen en interglacialen. In ppm CO2 is de korte termijn variatie ongeveer 1% (kleiner dan 4 ppm, zie bovenste deel van figuur 2) terwijl deze over de millennia varieerde met circa 100 ppm van 180 – 280 ppm. Figuur 5 maakt direct duidelijk dat er een groot verschil is in de relatie tussen CO2 en temperatuur in de moderne tijd en gedurende de rest van de laatste 800000 jaar, het afwijkende datapunt is van namelijk van 1950 (data via de BBC – kader data download) !

Fig. 5. De relatie tussen CO2 en de temperatuur van de laatste 800000 jaar met een tijdsverschil van 1000 jaar tussen CO2 en T.

Wetenschappelijke omissies!

De diverse zaken die ik na een paar uur googlen heb gevonden, heeft Ole Humlum vast en zeker geweten met zijn leerstoel op het gebied van de Fysische Geografie. De onderzoeken van vele anderen naar de oorzaken van de niet seizoensgebonden CO2 variatie hadden op zijn minst vernoemd moeten worden in zijn artikel, met daarbij een uitleg waarom Humlum gelijk denkt te hebben en alle andere onderzoeken onjuist zijn. Echter, het enige wat Humlum vermeldt, is Bacastow 1976, waar een link wordt gelegd tussen ENSO en de variatie in de toename van de CO2 concentratie. De opmerking dat veranderingen in de CO2 concentratie geen veranderingen in de temperatuur op aarde induceren is zeer suggestief en niet correct. Ook de meer serieuzere “sceptici”, zoals Roy Spencer, onderkennen dit:
“We calculated, as others have, a direct (no feedback) surface warming of about 1 deg. C as a result of doubling CO2 (“2XCO2”)”.
De tijdsverschillen tussen de pieken in de mondiale temperatuur en de CO2-stijging op de korte termijn hebben niets te maken met het opwarmende effect dat die extra 110 ppm CO2 in de atmosfeer heeft door de toename in de absorptie van infrarood licht.

De (bewuste ?) omissies van Ole Humlum zijn een wetenschapper onwaardig. De wetenschap en de artikelen die er uit voort vloeien dienen ons begrip van de wereld waarin wij leven te vergroten, althans zo zie ik het. Ik heb helemaal niet de indruk dat dat een van de motivaties van Humlum is, de bezoeker van Climate4You zij gewaarschuwd.