Nog een keer: de “pauze”

Er zijn twee manieren om naar het verloop van de gemiddelde wereldtemperatuur in de afgelopen, pakweg, 15 jaar – inmiddels wijd en zijd bekend als de “opwarmingspauze” of “hiatus” – te kijken. Sommigen zien er aanleiding in om zo veel en zo vaak mogelijk te roepen dat het bewijst dat ze altijd al gelijk hebben gehad en dat het feit dat nog niet alles bekend is over het klimaat alle kennis die er wel is waardeloos maakt. Anderen grijpen de ontwikkeling aan om er zo veel mogelijk informatie en kennis uit te persen. Voor de eerste benadering bestaan verschillende benamingen en iedereen moet zelf maar uitmaken welke het meest toepasselijk is. De tweede benadering noemen we doorgaans wetenschap.

Die wetenschappelijke benadering levert momenteel de nodige interessante publicaties op. In Nature Geoscience verscheen vorige week een commentaar (vrij toegankelijk na registratie) van Gavin Schmidt, Drew Shindell en Kostas Tsigaridis, waarin ze een aantal nieuwe inzichten op een rijtje zetten en laten zien hoe die doorwerken op de resultaten van de berekeningen uit het Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5). Daarover zo dadelijk meer.

Eerst een intermezzo. Het laatste nummer van Nature Climate Change heeft de “pauze” als thema. The Carbon brief geeft een bijzonder lezenswaardig overzicht van wat daar aan interessants te vinden is. Ik pik er één artikel uit; ook al uit de commentaarsectie, waar vaak analyses aan de orde komen die in vrij korte tijd zijn gemaakt en waar formuleringen wel eens wat meer polemisch zijn dan elders in de wetenschappelijke literatuur. Onderzoekers uit Zwitserland, Ausralië en Canada (Sonia Seneviratne, Markus Donat, Brigitte Mueller en Lisa Alexander) analyseerden de extreme temperaturen boven land in de afgelopen decennia (eveneens vrij toegankelijk na registratie). Wat ze vinden is opvallend: de warme extremen (in het rood aangegeven in de grafiek hieronder) zijn de afgelopen decennia veel sterker gestegen dan de gemiddelde temperatuur (blauw en zwart). Het kadertje rechtsonder geeft in blauw de extreem lage temperaturen. De details van de analyse zijn lastig in het kort te beschrijven, wie daar mee over wil weten verwijs ik door naar het artikel zelf, of naar Tamino, die aardig illustreert hoe zo’n analyse uit te voeren is.

SeneviratneFig2_S6

Extreem hoge temperaturen (rood) versus gemiddelden (blauw en zwart) en, rechtsonder, versus lage extremen (in blauw)

Samengevat: de warme extremen zijn aanzienlijk warmer geworden, de gemiddelde temperatuur is slechts licht gestegen en de koude extremen zijn zelfs iets kouder sinds 1998. Seneviratne et al. noemen een aantal factoren die hier een rol in kunnen spelen: de grote invloed van de oceaan in het recente temperatuurverloop, de winters op het noordelijk halfrond die kouder zijn geweest, sommige processen beïnvloeden juist extreme temperaturen en in mindere mate het gemiddelde (en vice versa) en het verdwijnen van sneeuw en ijs kan met name voor warme extremen op Groenland aanzienlijke invloed hebben gehad.

Terug naar Schmidt et al., het eigenlijk onderwerp van dit verhaal. Klimaatwetenschap is geen klimaatveranderingswetenschap: men probeert de werking van het klimaatsysteem te doorgronden en dat is tot mislukken gedoemd als men zich blind staart op de afgelopen 15, 30 of 50 jaar. Aan de andere kant is het huidige klimaat wel het klimaat dat zich het beste laat onderzoeken en zijn veranderingen (of dat nu veranderingen op zich zijn, of veranderingen in trends) juist het interessantst als onderzoeksmateriaal: veranderingen hebben immers oorzaken en inzicht in die oorzaken is inzicht in het klimaat. Dat de afgelopen 15 jaar zo anders verliepen dan de 15 jaar daarvoor levert dan ook een schat aan informatie op voor de wetenschap en dat is terug te zien in allerlei publicaties. Maar, anders dan sommigen zouden willen, is er geen enkele reden om de in de afgelopen eeuwen opgebouwde kennis over het klimaat van de afgelopen decennia te laten varen, net zo min als de sterke temperatuurstijging in de 15 jaar voor 1999 dat was.

RSS84_99_14

RSS temperatuurdata met trends en bijbehorende 95% onzekerheidsintervallen voor twee zorgvuldig gecherrypickte perioden: 1984 – 1999 en 1999 – 2014

Het onderzoek van Schmidt et al. laat zich het best beschrijven door aan het eind te beginnen: met hun resultaat. Dat resultaat is in de afbeelding hieronder weergegeven. Klimaatsceptische blogs zullen hoogstwaarschijnlijk beweren dat ze modellen aangepast hebben, maar dat is uitdrukkelijk niet het geval. Ze hebben niets veranderd aan de manier waarop klimaatmodellen het klimaat simuleren; ze hebben slechts naar de input van de modellen gekeken en die vergeleken met gegevens uit de echte wereld die de afgelopen tijd beschikbaar zijn gekomen. De resultaten die uit de modellen rollen met die geactualiseerde input vergelijken ze met de Gistemp en HadCRUT4 (aangepast volgens Cowtan & Way; ook al open access na een actie van SkS).

SchmidtFig1b

Figuur 1b uit Schmidt et al.: gemeten temperaturen, CMIP5 projecties en modelresultaten met gecorrigeerde ENSO en forceringen

Zoals het hoort kijken Schmidt et al. naar de interne variabiliteit en naar veranderingen in de energiebalans van het klimaatsysteem. Met betrekking tot interne variabiliteit beperken ze zich tot de ENSO, de factor die de grootste invloed heeft op korte termijn variaties en waar ook het meest over bekend is. De ENSO is niet lang van tevoren te voorspellen, daarom wordt deze in modelprojecties at random gesimuleerd. Hierboven is te zien dat het invoeren van de werkelijke gegevens ervoor zorgt dat de modelresultaten de gemeten temperatuurvariaties op de kortste tijdschaal (ordegrootte: een jaar) aanzienlijk beter volgen.

Nog een kort zijsprongetje over de ENSO (El Niño/Southern Oscillation): de afgelopen weken zijn er steeds meer aanwijzingen gekomen voor het ontstaan van een El Niño. Op het blog van Jeff Masters gaf Michael Ventrice in een gastpost een mooi overzicht van deze aanwijzingen. Gokkers zouden kunnen overwegen om wat in te zetten op een nieuw wereldtemperatuurrecord aan het eind van dit jaar of begin volgend jaar (de temperatuur loopt altijd wat achter op de ENSO-index). De redactie van dit blog aanvaardt vanzelfsprekend geen enkele aansprakelijkheid voor eventueel geleden verliezen – wie het stuk van Michael Ventrice leest begrijpt waarom.

Dan de stralingsbalans en de forceringen die daar invloed op hebben. Schmidt, Shindell en Tsigaridis behandelen vier forceringen.

1. Broeikasgassen. De atmosferische concentraties van de broeikasgassen kooldioxide, lachgas en methaan lagen tussen 2005 en 2012 wat lager dan was aangenomen in de CMIP5 berekeningen, maar de concentratie van CFK’s was wat hoger. Netto is het broeikaseffect in werkelijkheid iets groter dan in de modelberekeningen.

2. Zonnestraling. De huidige zonnecyclus begon later en is zwakker dan werd aangenomen in de CMIP5 berekeningen. We hebben dus iets minder zonlicht ontvangen dan werd aangenomen.

3. Troposferische aerosolen. Het gaat hier met name om aerosolen van menselijke oorsprong. Aerosolen blijven een factor van relatief grote onzekerheid. Er zijn aanwijzingen dat het afkoelende effect van nitraat aerosolen en van indirecte effecten (bijvoorbeeld op de vorming of de karakteristieken van bewolking, of op veranderingen in luchtstromingen als gevolg van absorptie of weerkaatsing van straling) niet of onvoldoende zijn meegenomen in CMIP5. Shindell is hoofdauteur van een bijzonder uitgebreid artikel over aerosolen (jawel, open access), dat vorig jaar verscheen in Atmospheric Chemistry and Physics.

4. Stratosferische aerosolen van vulkanische oorsprong. Hierover verscheen eerder deze maand een artikel (helaas achter een paywall) in Nature Geoscience, met Benjamin Santer als hoofdauteur en Schmidt als een van de co-auteurs. Dit onderzoek laat zien dat het afkoelende effect van de uitbarsting van de Pinatubo in de vroege jaren ’90 enigszins is overschat, en dat het effect van vulkanische aerosolen na de eeuwwisseling is onderschat in de berekeningen van CMIP5.

De afbeelding hieronder laat zien hoe de onderzoekers de forceringen hebben aangepast ten opzichte van CMIP5.

SchmidtFig1a

Figuur 1a uit Schmidt et al.: correcties in de forceringen t.o.v. CMIP5

Schmidt et al. concluderen dat de verschillen tussen berekende en gemeten temperaturen sinds 1997 voor ongeveer een derde veroorzaakt zijn door onderschatting van vulkanische emissies, voor ongeveer kwart door onderschatting van het effect van aerosolen van menselijke oorsprong, en dat de verminderde activiteit van de zon en de correcte timing van de ENSO een wat kleinere invloed (een zevende) hebben. Het verschil dat overblijft zou het gevolg kunnen zijn van andere interne variabiliteit dan ENSO, of van onzekerheden in de beschouwde factoren.

De conclusie van deze analyse is dat de grootste mate van onzekerheid in projecties van het klimaat niet zit in de kennis van de werking van het klimaatsysteem. Voor projecties zit de grootste onzekerheid hem in de onvoorspelbaarheid van bijvoorbeeld de zonneactiviteit, vulkanische activiteit en de interne variabiliteit van het klimaatsysteem. Dit zal in de nabije toekomst niet veranderen; schommelingen op korte termijn kunnen dus alleen worden verklaard met kennis achteraf. Dat zullen we moeten accepteren. Maar het is absoluut geen reden om alle kennis over het klimaat die de wetenschap in de afgelopen eeuwen heeft opgebouwd los te laten en nog maar eens van voren af aan te beginnen.

20 Reacties op “Nog een keer: de “pauze”

  1. G.J. Smeets

    Hans, bomvol info! waar ik weer een tijdje zoet mee ben : )
    Waar mijn aandacht nu op blijft hangen is je duiding van die info:

    “Klimaatwetenschap is geen klimaatveranderingswetenschap: men probeert de werking van het klimaatsysteem te doorgronden en dat is tot mislukken gedoemd als men zich blind staart op de afgelopen 15, 30 of 50 jaar. Aan de andere kant is het huidige klimaat [cursief van mij] wel het klimaat dat zich het beste laat onderzoeken en zijn veranderingen (of dat nu veranderingen op zich zijn, of veranderingen in trends) juist het interessantst als onderzoeksmateriaal: veranderingen hebben immers oorzaken en inzicht in die oorzaken is inzicht in het klimaat [cursief van mij]. Dat de afgelopen 15 jaar zo anders verliepen dan de 15 jaar daarvoor levert dan ook een schat aan informatie op voor de wetenschap en dat is terug te zien in allerlei publicaties.”
    Ik lees daarin een voor mij verwarrende inconsistentie m.b.t. tot het concept ‘klimaat.’ Je hebt het immers over “het huidige klimaat” terwijl klimaat per definitie een feit a posteriori is – de norm is afgelopen 30 jaar. En ik lees er ook tweede verwarrende inconsitentie in waar je stelt dat veranderingen (op zich, of in trends) oorzaken hebben en dat inzicht in die oorzaken neerkomt op inzicht in het klimaat. Ik neem aan dat je hier bedoelt ‘inzicht in het klimaatsysteem’?

  2. Hans Custers

    Goff,

    Wat ik bedoel met “het klimaat” in de passage die je aanhaalt is: de toestand van het klimaatsysteem. Het klimaatsysteem is de harde, fysieke wereld waar we in rondlopen: de atmosfeer, het aardoppervlak, de oceanen en de ijskappen. De toestand waarin dat systeem verkeert – gemiddelde en extreme temperaturen, bewolking, neerslag en droogte, en dat alles op verschillende schaalniveaus – vormt het klimaat.

    De periode van 30 jaar houdt men aan om onderscheid te kunnen maken tussen korte termijn schommelingen en veranderingen op lange termijn. Naarmate de kennis over het klimaat toeneemt, lukt het beter op ook op kortere tijdschalen onderscheid te maken tussen zulke schommelingen en echte veranderingen. Nu ik er nog eens over nadenk, is dat misschien wel een van de interessante ontwikkelingen die we in verschillende publicaties over de “pauze” zien: men slaagt er steeds beter in om ontwikkelingen over relatief korte periodes te relateren aan wat er in het klimaatsysteem gebeurt.

    Helpt dit tegen de verwarring?

  3. G.J. Smeets

    Ja, het is me duidelijk. Het gaat om het verschil tussen synchroon (‘toestand van het klimaatsysteem’) en diachroon (‘schommelingen en veranderingen’).
    Nu we de handen toch uit de mouwen hebben, een aanverwante kwestie. Namelijk de eerste zinsnede in het citaat dat ik van je tekst aanhaalde:

    “Klimaatwetenschap is geen klimaatveranderingswetenschap.”

    Dat onderscheid vind ik verhelderend. En wat mij betreft verdient het een aparte behandeling. Bij deze dus een verzoek daartoe : )

  4. Hans Custers

    Goff,

    Je zou het ook zo kunnen zeggen: het gaat om het verschil tussen de (semi-)stabiele toestand van het klimaatsysteem en de stochastische variaties die binnen die (semi-)stabiele toestand optreden. Het ene is klimaat, het andere is weer. Een heel scherpe grens tussen de twee is er overigens niet. Noem je bijvoorbeeld El Niño’s en La Niña’s nu weer of klimaat?

    Wat ik met “Klimaatwetenschap is geen klimaatveranderingswetenschap” duidelijk probeer te maken is dat de klimaatwetenschap niet enkel en alleen bezig is met “klimaatverandering”: het verklaren van de opwarming sinds de jaren ’70 en/of het voorspellen van de gevolgen van menselijke broeikasgasemissies. De inzichten over die zaken vloeien simpelweg voort uit de veel bredere en diepere kennis die men heeft van het klimaat.

  5. Hi Goff,

    Ik ben het wel een beetje eens met je op- en aanmerkingen ten aanzien van het multi-interpretabele woordje ‘klimaat’. Mensen bedoelen uiteenlopende zaken daarmee en er zijn allerlei bewuste en onbewuste connotaties verbonden aan dat begrip. Lang niet iedereen bedoelt hetzelfde met ‘het klimaat’.

    Het bekende boek ‘Why We Disagree About Climate Change’ van Mike Hulme gaat dieper in op de relatie met uiteenlopende wereld- en maatschappijbeelden. Ik ben het niet met alles eens – zijn kijk is m.i. hier en daar beïnvloed door post-modernistische prietpraat – maar wel gedeeltelijk. Hier een korte versie:

    http://mikehulme.org/wp-content/uploads/2009/10/Hulme-Carbon-Yearbook.pdf

    Een zorgvuldige review staat hier: linkje.

    Climate change, he shows, typically means different things to different people. Rather than regarding this as a problem of willful misrepresentation, public ignorance, or scientific uncertainty to be resolved through improved scientific knowledge and its proper communication, Hulme argues that a multiplicity of understandings of climate change is inevitable because ‘the idea of climate exists as much in the human mind and in the matrices of cultural practices as it exists as an independent objective physical category’ (p. 28). What is striking – and significant – about that claim is less its substance and the occasionally loose way in which concepts like ‘framing’ and ‘construction’ are theorized than its provenance.

    ‘Klimaat’ is per definitie een statistisch begrip. Je kan het alleen bepalen door over een langere periode ‘observables’ zoals temperatuur, neerslag, verdamping, luchtvochtigheid, vochtigheidsgraad van de bodem, insolatie, wolkbedekking etc. te observeren en daaruit gemiddelden, frequenties en spreidingen te destilleren. Ook extremen hebben een karakteristieke frequentie per regio en per klimaatzone:

    http://nl.wikipedia.org/wiki/Klimaatclassificatie_van_Köppen

    De Global Mean Surface Temperature is niet ‘het klimaat’ in bredere zin, ook niet over een periode van 30 jaar. We zouden héél raar staan te kijken als tegelijkertijd het Noordelijk halfrond 10 °C warmer werd en het Zuidelijk halfrond 10 °C kouder…

    De GMST zou precies hetzelfde zijn gebleven, maar ‘het klimaat’ zou onherkenbaar veranderd zijn.

  6. Klimaat:
    Zou het zo kunnen zijn dat de definitie van klimaat (1918) is gedacht voor een systeem in overall energy balance at TOA? Dus zonder forcing.
    Er over nadenkend moet men variabiliteit wel hebben meegenomen.

  7. Hoi Pieter,

    Het lijkt me dat Köppen in 1918 niet specifiek nagedacht zal hebben over de energiebalans aan de Top-of-Atmosphere. In die tijd was dat essentiële concept wél al geïntroduceerd en toegepast door Arrhenius maar deze wetenschappelijke revolutie (want dat is het!) was nog niet breed doorgedrongen. In 1931 publiceerde de Amerikaanse fysicus E.O. Hulburt er over:

    Het was in die tijd uiteraard al bekend dat het klimaat in het verre verleden aanzienlijk veranderd was (bijvoorbeeld de ijstijden). Hier staat nog een goed overzicht:

    http://glossary.ametsoc.org/wiki/Climatic_classification

    De World Meteorological Organization definieert het klimaat als volgt:

    Climate in a narrow sense is usually defined as the “average weather,” or more rigorously, as the statistical description in terms of the mean and variability of relevant quantities over a period of time ranging from months to thousands or millions of years. The classical period is 30 years, as defined by the World Meteorological Organization (WMO). These quantities are most often surface variables such as temperature, precipitation, and wind. Climate in a wider sense is the state, including a statistical description, of the climate system.

    http://www.wmo.int/pages/prog/wcp/ccl/faqs.html

  8. De wetenschappelijke publicatie van E.O. Hulburt uit 1931 staat trouwens in Physical Review, heel interessant:

    http://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.38.1876

  9. Jos,

    Ik verbaas mij over item nummer 2, de veranderlijke zon. Ik kan mij herinneren dat nog niet zo lang geleden is “aangetoond” dat de zon een stabiele warmtebron is die niet of nauwelijks verandert en totaal geen invloed heeft op het klimaat, en nu is daar opeens item 2.

  10. Hans Custers

    Fulco,
    Dat krijg je dus als je te vaak de welbekende notoir onbetrouwbare bronnen raadpleegt. Dan verlies je het zicht op het onderscheid tussen het inzicht en de kennis van de wetenschap, en de verdraaiingen, stropoppen, halve waarheden en hele leugens van de anti-wetenschap.

    Het is bekend dat wisselingen in de activiteit van de zon samen gaan met kleine veranderingen in de straling, en dus kleine schommelingen in de temperatuur op aarde. Ik ken geen enkel voorbeeld van een klimaatwetenschapper die dat heeft ontkend.

  11. Hans,

    Als ik mij niet vergis heb ik het hier ergens gelezen.

  12. Hans Custers

    Dan denk ik dat je je vergist.

  13. Als je een Hamiltoniaan of Lagrangiaan van de aardse atmosfeer zou kunnen opstellen dan is het klimaat een langdurig stabiele oplossing van de bijbehorende differentiaal vergelijkingen. Het weer kan je zien als locale verstoringen daarvan aangedreven door bijvoorbeeld dag en nacht, wolkvorming, vulkaanuitbarstingen, cosmische invloeden en locale oscillaties. El Nina en La Nina zijn korte oscillaties en daarom weer componenten en geen klimaat. Weer beweegt zich rond het langdurig evenwicht.

  14. Hans,
    Kan best hoor, maar het was een afrekening uit de alarmistische hoek aan het adres van sceptici die klimaatverandering ook toeschrijven aan veranderingen in de condities van de zon.

  15. Hans Custers

    Fulco,

    Het is al honderden keren uitgelegd: er is geen enkele reden om aan te nemen dat de zon een grote rol heeft gespeeld in de opwarming die we sinds de jaren ’70 hebben gezien. Maar daarmee wordt absoluut niet gezegd dat de invloed van de zon op het klimaat altijd en overal 0 is. Het kan toch niet zo moeilijk zijn om dat te begrijpen?

  16. Hans Custers

    En dat is dus precies bedoelde toen ik het had over het te vaak raadplegen van de welbekende, notoir onbetrouwbare bronnen. “Er is geen bewijs voor een grote invloed van de zon op recente opwarming” wordt door die onbetrouwbare bronnen verdraaid tot: “ze zeggen dat de zon geen invloed heeft op het klimaat”. Die laatste bewering wordt vervolgens tot in het oneindige herhaald, waarmee elke serieuze discussie om zeep wordt geholpen.

  17. Beste Fulco,

    Ik kan mij herinneren dat nog niet zo lang geleden is “aangetoond” dat de zon een stabiele warmtebron is die niet of nauwelijks verandert ..

    Blablabla. Lees wat Hans al zegt.

    Als je een Hamiltoniaan of Lagrangiaan van de aardse atmosfeer zou kunnen opstellen ..

    Het klimaat wordt bepaald door de stralingsbalans aan de top van de atmosfeer.

    De stralingsbalans verandert als de inkomende kortgolvige zonnestraling verandert bijv. door de Milankovic-cycli (de baanparameters van de aarde) en door veranderingen in albedo zoals de hoeveelheid landijs en zeeijs en de ligging van de continenten. Dat geldt ook voor veranderingen in weerkaatsend stof door vulkanisme en door antropogene aerosolen.

    De uitgaande langgolvige warmtestraling wordt beïnvloed door de ‘opacity’, de doorzichtigheid voor warmtestraling vanuit de atmosfeer naar het heelal. En die is weer afhankelijk van de samenstelling van de atmosfeer: de hoeveelheid Tyndall-gassen zoals waterdamp, kooldioxide, methaan en ozon.

    Doordat de inkomende kortgolvige zonnestraling én uitgaande langgolvige warmtestraling niet constant zijn, is de Hamiltoniaan van het systeem aarde ook niet constant maar afhankelijk van bovengenoemde factoren. Het klimaat kan dus veranderen.

  18. Bob,
    Precies wat ik zeg, helemaal mee eens.

  19. Hans Custers

    Fulco,

    Mijn punt was nou net dat er geen eenduidige, scherpe grens te trekken is tussen “langdurig stabiele oplossingen” en “korte oscillaties”. “Langdurig” en “kort” zijn namelijk subjectieve begrippen.

    Van oudsher is weer de momentane (en i.h.a. lokale) toestand en klimaat het gemiddelde over decennia, vaak ook op een grotere geografische schaal. We weten inmiddels dat er nogal wat processen zijn die zich afspelen op (tijd)schalen die daar ergens tussenin zitten, waardoor het wat lastiger is een begrip als “klimaat” helder af te bakenen.

  20. Pingback: Verrassing: klimaatsceptici produceren alarmerend rapport | Sargasso

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s