Schattingen van klimaatgevoeligheid bij elkaar gebracht

Vertaling/bewerking van een blogpost van Ed Hawkins, aangevuld met informatie uit een toelichting van Kevin Cowtan, op de site van de University of York

Klimaatgevoeligheid geeft aan hoe het klimaatsysteem reageert op een verandering in zijn energiebalans, ofwel een stralingsforcering. Klimaatgevoeligheid kan via verschillende methodes bepaald worden, waarbij schattingen gebaseerd op historische instrumentele metingen van de temperatuur meestal lager uitvallen dan wat volgt uit geavanceerde modellen die het klimaat simuleren, of uit andere methodes. Voor sommigen was dit aanleiding om uiterst voorbarig te concluderen dat de modellen te gevoelig zouden zijn.

Een nieuw onderzoek – Richardson et al., verschenen in Nature Climate Change; code en data zijn beschikbaar via de University of York – verklaart de verschillen grotendeels. De uitkomsten van de twee methodes zijn niet helemaal vergelijkbaar omdat ze op een verschillende benadering van de mondiaal gemiddelde temperatuur zijn gebaseerd.

Het onderzoek heeft ook implicaties voor het begrip van de opwarming die volgt uit instrumentele metingen. De daadwerkelijke opwarming zou bijna 25% hoger zijn dan blijkt uit de HadCRUT4 dataset.

Historische meteorologische data bevatten metingen van de temperatuur van de atmosfeer boven land en boven zeeijs en metingen van de temperatuur van het zeeoppervlak. De gegevens zijn vanzelfsprekend alleen beschikbaar voor plekken op aarde waar ze daadwerkelijk gemeten zijn, door weerstations of door schepen. De verandering van de gemiddelde mondiale temperatuur (zoals HadCRUT4) wordt bepaald door deze data te combineren.

De (verandering van de) mondiaal gemiddelde temperatuur die uit modelsimulaties wordt bepaald is meestal de temperatuur van de atmosfeer op twee meter hoogte, gemiddeld over het gehele aardoppervlak (deze temperatuur noemt men in het artikel “tas”). Dit is de meest eenvoudige manier om dit te berekenen. Heeft dit verschil invloed?

Eerder onderzoek van Cowtan et al. liet zien dat dit inderdaad het geval is. De subtiele verschillen in de manier waarop de mondiale temperatuur wordt geschat kan van significante invloed zijn op de conclusies die worden verbonden aan een vergelijking van modellen en observaties.

Terugreizen in de tijd om alsnog metingen te doen op plekken van de aarde waarvoor geen instrumentele data beschikbaar zijn is onmogelijk. Om toch tot een eerlijke “apples to apples” vergelijking te komen, moet er daarom anders gekeken worden naar modelresultaten. De onderzoekers hebben dit gedaan door, bij wijze van spreken, virtuele HadCRUT4 data te berekenen uit modelresultaten. Ze hebben de volgende twee factoren in beschouwing genomen:

  • de beperkte dekking van het aardoppervlak door meetstations (bijvoorbeeld in het Noordpoolgebied); de modeldata die gebasseerd zijn op dezelfde dekkingsgraad als de metingen noemt men “masked”;
  • het gebruik van de gemodelleerde temperatuur van het zeeoppervlak in plaats van die van de atmosfeer boven de oceaan, consistent met de metingen; deze modeldata noemt men “blended”.

Figuur 1 geeft de resultaten van deze analyse.

De rode lijn in figuur 1a geeft de gangbare atmosferische temperatuur uit modelsimulaties weer, gemiddeld over het hele aardoppervlak. De blauwe lijn laat het resultaat zien van een eerlijke vergelijking van modellen en waarnemingen. Het verschil tussen waarnemingen en modellen verdwijnt dan grotendeels. Het verschil tussen atmosferische temperatuur en temperatuur van het zeeoppervlak en de onvolledige dekkingsgraad van het aardoppervlak dragen hier ruwweg in gelijke mate aan bij.

Het effect is significant. Volgens de CMIP5 simulaties zou meer dan 0,2°C opwarming niet zichtbaar zijn in de instrumentele data, door de onvolledige dekkingsgraad en het gebruik van de temperatuur van het zeeoppervlak (figuur 1b). Dit is verklaarbaar omdat het Noordpoolgebied, met een (historisch) lage dekkingsgraad, veel sneller opwarmt dan het mondiaal gemiddelde en omdat de atmosfeer sneller opwarmt dan de oceaan, door het verschil in warmtecapaciteit.

richardson_fig1

Figuur 1. Mediane temperatuur volgens CMIP5 simulaties, vergeleken met HadCRUT4 observaties.

Lees verder

Zin en onzin over de rol van stofdeeltjes bij het ontstaan van wolken

Er zijn de laatste tijd zo hier en daar weer verhalen verschenen over de rol van aerosolen bij het ontstaan van wolken, waarin niet zelden feit en fictie door elkaar worden gehaald. Dit naar aanleiding van drie nieuwe artikelen (zie voor meer informatie over deze onderzoeken het nieuwsbericht van Nature) die diep ingaan op het ontstaan van die aerosolen. Omdat hier zoveel misverstanden over bestaan, kan het geen kwaad om eens wat zaken op een rijtje te zetten.

Om bij het begin te beginnen: de eerste factor die bepaalt of er wel of geen wolken ontstaan op een bepaalde plek is de luchtvochtigheid. Als lucht niet verzadigd is met waterdamp, ofwel bij een relatieve vochtigheid beneden de 100%, kunnen er geen wolken ontstaan. Als lucht wel verzadigd is kan dat wel, maar er is nog iets nodig.

De complicatie zit ‘m in het fenomeen faseovergang. De overgang van een stof tussen vaste, vloeibare en gasfase heeft vaak een duwtje in de rug nodig om op gang te komen. Dat is bijvoorbeeld te zien in een glas bier of frisdrank: de koolzuurbelletjes ontstaan alleen op bepaalde plekken, waar ze zich kunnen ontwikkelen bij microscopisch kleine oneffenheden in het glas. Kookvertraging in een magnetron is ook een bekend fenomeen: water kan opgewarmd worden tot boven het kookpunt, maar pas overgaan in de gasfase door de schok als het glas uit de oven wordt gepakt. Voor de condensatie van waterdamp tot druppeltjes of ijskristallen in de lucht geldt iets vergelijkbaars: helemaal zuivere lucht kan oververzadigd raken met waterdamp zonder dat er direct wolken ontstaan. Kleine stofdeeltjes in de lucht (aerosolen) kunnen hier het duwtje in de rug geven: watermoleculen condenseren op die deeltjes, die vervolgens uitgroeien tot druppeltjes of ijskristallen. Dergelijke stofdeeltjes worden wel condensatiekernen genoemd. Op Youtube wordt dit effect zichtbaar gemaakt met een eenvoudig experimentje (met excuses voor de muziek).

In een volledig stofvrije aardatmosfeer zouden minder wolken voorkomen dan in een atmosfeer die wat stoffiger is. Zonder de aanwezigheid van stofdeeltjes condenseert water niet zo snel: de relatieve vochtigheid kan dan oplopen tot 400%. (Een gevolg van het zogenaamde Kelvin effect.) In de aardatmosfeer zijn altijd wel wat stofdeeltjes aanwezig en zal een dergelijke oververzadiging daarom nooit voorkomen; de oververzadiging blijft beperkt tot enkele procenten. Omdat er altijd wel condensatiekernen aanwezig zijn is in de praktijk de luchtvochtigheid de bepalende factor voor het al of niet ontstaan van wolken. De mate van oververzadiging bepaalt hoeveel wolken er ontstaan, of beter: hoeveel waterdamp er condenseert.

De hoeveelheid condensatiekernen heeft vooral invloed op de eigenschappen van de bewolking. Het ligt voor dat hand dat er, in elk geval in eerste instantie, meer en kleinere druppeltjes zullen ontstaan naarmate het aantal condensatiekernen toeneemt. Elke condensatiekern vormt immers het begin van een druppeltje, als er meer condensatiekernen zijn wordt de hoeveelheid waterdamp die condenseert over meer druppeltjes verdeeld. Wolken worden dan witter: ze reflecteren meer zonlicht en hebben dus een afkoelend effect op het klimaat. Bovendien regenen de kleinere druppeltjes minder snel uit, waardoor deze wolken een langere levensduur hebben. Lees verder

CO2 is goed voor de plantjes. Maar meer is niet per se beter.

“CO2 is goed voor de plantjes” is een dooddoener die nog steeds met enige regelmaat terugkomt in discussies over het klimaat. Nu neem ik aan dat iedereen die er even over nadenkt wel snapt dat dit geen argument is om het maar niet te hebben over mogelijke gevolgen van bijvoorbeeld de stijgende zeespiegel of veranderende weerpatronen, met de daarbij horende toenemende risico’s van extreem weer; of over de gevolgen van de opwarming van de oceanen voor bijvoorbeeld het Groot Barrièrerif; of over de risico’s van een dalend zuurstofgehalte voor het leven in de oceanen; of over de verzuring van de oceaan met bijbehorende gevolgen voor allerlei beestjes met een kalkskelet.

DeoxImage

Termijn waarop zuurstofverlies in oceanen door klimaatverandering naar verwachting detecteerbaar is. (Bron: Matthew Long, NCAR)

En, alsof dat allemaal nog niet genoeg is, is het ook helemaal niet vanzelfsprekend dat “goed voor de plantjes” betekent dat het ook goed is voor de natuur. Voor zover iets al goed voor de natuur kan zijn. Daarover later meer.

Eerst maar eens de vraag: is CO2 echt goed voor planten? Het antwoord daarop is een volmondig ja. Dit kan wel “settled science” worden genoemd; het is kennis die al tientallen jaren wordt toegepast. In de glastuinbouw bijvoorbeeld, waar CO2 als groeibevorderend middel wordt gebruikt. Al in de jaren 90 van de vorige eeuw werd er daarom – ook vanwege die andere onomstreden wetenschappelijke kennis rondom CO2 – aan plannen gewerkt om CO2 van de industrie of de energiesector naar het Westland te transporteren. Plannen die al weer een tijd in de praktijk worden gebracht, al gaat dat nog niet altijd goed. Ook in projecties van toekomstige CO2-concentraties op basis van emissiescenario’s wordt, bijvoorbeeld in IPCC rapporten, rekening gehouden met de groeibevorderende eigenschappen van CO2. Suggesties dat de klimaatwetenschap die eigenschappen zou negeren of zelfs ontkennen – ik zie ze zo nu en dan nog voorbijkomen – zijn dan ook pure kolder. Lees verder

Het nieuws over Antarctica is meestal geen goed nieuws

DeConto_Pollard-fig2

Alleen al vanwege de afbeelding hierboven is een artikel dat onlangs verscheen in Nature een blogstukje waard. Het artikel: “Contribution of Antarctica to past and future sea-level rise” van DeConto en Pollard (het volledige artikel is toegankelijk via de link onderaan het nieuwsbericht op de site van Nature over dit onderzoek en via de link in een lezenswaardig artikel van de Washington Post) borduurt voort op eerder onderzoek naar mechanismen die delen van de ijskap van Antarctica instabiel kunnen maken. De te verwachten bijdrage van Antarctica is de grote onzekere factor in projecties van de zeespiegelstijging in deze eeuw en de eeuwen daarna. Dit is dus een terrein waar voor de wetenschap nog veel te ontdekken is, en de kennis hierover lijkt in flink tempo toe te nemen. DeConto en Pollard menen dat ze met de kennis die er inmiddels is de zeespiegelstijging die volgens paleoklimatologische reconstructies volgde op de laatste glacialen behoorlijk goed kunnen verklaren. Dat zou er op wijzen dat men de belangrijkste mechanismen inmiddels aardig in beeld heeft. En daarmee zouden toekomstprojecties aan betrouwbaarheid winnen.

Eerst even terug naar die afbeelding hierboven en naar het begrip instabiliteit. Of: waarom komt in de wetenschappelijke literatuur zo vaak het woord “collapse” voor, wanneer het om het smelten van grote ijsmassa’s gaat? Dat lijkt niet voor iedereen duidelijk te zijn. Zo meende een wetenschapsjournalist van een grote Nederlandse krant dat het gebruik van dat woord zou wijzen op een apocalyptisch wereldbeeld (of zoiets) en had een bekende Nederlandse pseudoscepticus het laatst over het “instorten van zeeijs”. De realiteit is dat het hier over instorten in de letterlijke betekenis gaat: bezwijken onder het eigen gewicht.

Wat is er dan precies aan de hand? IJsmassa’s van honderden meters of kilometers hoog houden niet in een keer op wanneer het onderliggende land beneden zeeniveau komt. Dus: waar het land op zou moeten houden en de oceaan zou moeten beginnen, ligt er gewoon nog ijs op de bodem. De enorme druk van het bovenliggende ijs duwt de ijsmassa langzaam weg in de richting van de oceaan, tot aan de plek – of eigenlijk: het gebied – waar het oceaan en ijs contact maken. In een stabiel klimaat blijft de overgang tussen ijs en oceaan op (min of meer) dezelfde plek liggen: het ijs dat in het overgangsgebied smelt wordt weer aangevuld vanuit de stromende gletsjer, die op zijn beurt weer wordt aangevuld door sneeuwval. In een opwarmend klimaat is dat minder vanzelfsprekend. De oceaan wint langzaamaan terrein en er verdwijnt ijs in het overgangsgebied. Omdat het om zulke enorme ijsmassa’s gaat, waar enorme krachten op rusten, kan het smelten van een deel van het ijs voldoende zijn om het hele overgangsgebied instabiel te maken. De boel dondert dan in elkaar. Extra vervelend: het ijs in het overgangsgebied geeft tegendruk aan de verder landinwaarts gelegen gletsjers, die langzaam naar de oceaan bewegen. Als die tegendruk wegvalt, kan de gletsjer sneller stromen, met mogelijk een snelle stijging van de zeespiegel tot gevolg. Natuurlijk hangt wat er precies gebeurt voor een aanzienlijk deel af van lokale omstandigheden. De afbeelding hieronder illustreert dat aan de hand van de snelheid waarmee het ijs beweegt. Lees verder

Open discussie voorjaar 2016

De eerste drie maanden van 2016 hebben mondiaal records opgeleverd, geen koude maar warme records. Global Warming dus. Zal het gehele jaar 2016 opnieuw een temperatuurrecord brengen of toch niet? Het Met Office meldde eind vorig jaar dat 2016 net zo warm zo niet warmer wordt dan 2015. Gavin Schmidt heeft op twitter onlangs een prognose gegeven voor geheel 2016, gebaseerd op de data van januari t/m maart van dit jaar: “99% chance of an annual record in 2016”.

De GISTEMP prognose volgens de methode van Schmidt levert een temperatuur voor 2016 op die wellicht weer boven het CMIP5 – RCP8.5 modelgemiddelde uitkomt (ref. periode 1986-2005). Ik ben benieuwd, voordat het jaar om is weten we meer:).

O, en de records van dit jaar hebben al geleid tot het bijstellen van y-assen van allerlei grafieken (bijv. hier en hier). Dat betrof naast de temperatuur ook de warmte-inhoud van de oceanen en de zeespiegelstijging.

Hier kunnen de inhoudelijke discussies over klimaatwetenschap en klimaatverandering worden gevoerd of voortgezet, die niet direct betrekking hebben op een specifiek blogstuk.

Coherentie. Beleidsmatige terughoudendheid van klimatologen onder de loep.

Gastblog van G.J. Smeets met een tekening van Marije Mooren

better be wrong

Dat het IPCC aan beleidsmakers info verschaft zonder zich met beleidsbeslissingen te bemoeien (“Policy relevant but not policy prescriptive”) heeft zo z’n redenen. Het is arbeidstechnisch handig en verstandig en bovendien politiek correct dat degene die een (risico)analyse maakt niet dezelfde is als degene die maatregelen neemt. Daarnaast is er kentheoretisch iets voor te zeggen om onderscheid te maken tussen feiten en hun betekenis. Want geconstateerde feiten, zo luidt de communis opinio, zijn iets anders dan de betekenis die eraan verleend wordt. Dat laatste ga ik in dit blogstuk onder het epistemologische vergrootglas leggen. Ik begin met een paar opmerkingen over het werk van David Hume en Karl Popper. Vervolgens leg ik enkele basale feiten voor die het onderscheid feit / betekenis op losse schroeven zetten. Ik sluit af met een paar suggestieve overwegingen.

David Hume is een goede bekende in de historie van het onderscheid tussen feiten en hun betekenis. Een objectieve buitenwereld bestaat voor ons niet, aldus de empirist Hume. Daarom moeten we volgens hem onderscheid maken tussen wat we discutabel waarnemen en de betekenis die we aan de waarneming verlenen. In (de draad van) een recent blogstuk is e.e.a. aan de orde geweest en het is uitdrukkelijk niet mijn bedoeling die gedachtewisseling te herhalen. Mij gaat het er nu om dat voor Hume zelf genoemd onderscheid problematisch was. Zoals hij het ook problematisch vond dat hij causaliteit niet uit de ervaring kon afleiden. Hij kon voor zichzelf niet verhullen dat zijn scepsis hem zwaar viel. In zijn ‘Traktaat over de menselijke natuur’ (Boom, Amsterdam 2007, pag. 269) noteert hij:

… ik begin mij te verbeelden dat ik in de meest wanhopige situatie verkeer die men zich kan voorstellen, omgeven door totale duisternis en beroofd van het gebruik van alle ledematen en geestesgaven.

Een andere protagonist in de historie van het onderscheid tussen feit en betekenis is Karl Popper. Hij schreef een recept speciaal voor wetenschappers waarmee de dreigende waanzin van Hume’s compromisloze empirisme bezworen kon worden. Popper schreef vóór (‘ought’) hoe men tot bruikbare wetenschappelijke feiten (‘is’) komt. Zijn receptuur bevat twee vuistregels: uitspraken die in principe niet weerlegbaar zijn zijn onwetenschappelijk, en een wetenschappelijke verklaring doet opgeld zolang geen bruikbaarder alternatief zich aandient. Dat is een pragmatische, d.w.z. probleem / oplossing gerichte opvatting van wetenschap. Poppers receptuur is mede ingegeven door zijn overtuiging dat een observatie, een ‘is’-uitspraak, uiteindelijk niet te verantwoorden is. In zijn Logic of Scientific Discovery (London, Hutchington 1959, pag. 109) staat het zò:

…basic statements are not justifiable by our immediate experiences but are […] accepted by an act, a free decision.

Lees verder

Consensus over consensus: brede overeenstemming in de wetenschap over de menselijke invloed op het klimaat

De meeste wetenschappers zijn het er over eens dat de huidige klimaatverandering voornamelijk door menselijk handelen wordt veroorzaakt. Dat is keer op keer aangetoond op basis van enquêtes en literatuuranalyses. In een artikel dat vandaag in het tijdschrift Environmental Research Letters verschijnt, wordt een overzicht gegeven van deze verschillende studies, die op basis van verschillende methoden tot een zeer vergelijkbare conclusie komen. Hieruit blijkt de robuustheid van de wetenschappelijke consensus over klimaatverandering.

Uit deze meta-studie blijkt ook dat de mate van overeenstemming dat de huidige opwarming door mensen is veroorzaakt het grootst is onder onderzoekers met de meeste expertise en/of de meeste publicaties in de klimaatwetenschap. Dat verklaart tegelijkertijd waarom literatuuranalyses, waarbij abstracts van wetenschappelijke artikelen worden beoordeeld op een eventueel standpunt over de oorzaak van klimaatverandering, over het algemeen een hogere mate van consensus vinden dan enquêtes. Immers, ervaren wetenschappers die veel hebben gepubliceerd over klimaatverandering hebben in het algemeen een goed begrip van de oorzaken van de opwarming, en zij hebben vaak meer artikelen gepubliceerd dan hun ‘sceptische’ collega’s.

Scientific consensus on human caused climate change vs expertise in climate science

Figuur: Mate van consensus over door mensen veroorzaakte klimaatverandering versus expertise in klimaatwetenschap. Zwarte cirkels zijn data op basis van studies van de afgelopen 10 jaar. Groene lijn is een fit door deze data.

De aanleiding voor dit review artikel was een specifiek commentaar van Richard Tol op het artikel van John Cook uit 2013. Cook vond een 97% consensus over de menselijke oorzaak van de huidige opwarming in de wetenschappelijke literatuur over klimaatverandering. Dat artikel is verguisd en geprezen. Tol betoogde dat Cook’s studie een ‘outlier’ is. Hij kwam tot die conclusie door een sterk vertekend beeld te geven van andere onderzoeken – waaronder de enquête die ik een aantal jaar geleden namens het PBL heb uitgevoerd. De auteurs van andere ‘consensus-studies’ waren evenmin te spreken over de misleidende weergave van Richard Tol van hun werk. Zodoende is het brede auteursteam ontstaan voor de huidige meta-analyse, waaruit blijkt dat Cook’s literatuuranalyse prima past binnen het spectrum van andere, vergelijkbare studies.

De video hieronder geeft een goed beeld van de context en conclusies van de huidige studie:

Lees verder