CO2-concentratie sneller gestegen dan ooit tevoren

De World Meteorological Organization heeft gisteren haar jaarlijkse overzicht van broeikasgas-concentraties gepubliceerd (lees ook hier). In 2013 is de CO2-concentratie met 2,9 ppm gestegen — de grootste jaar-op-jaar toename ooit waargenomen. Het grafiekje linksonder toont de toename per jaar:

Figuur 1. Concentratie in de atmosfeer (boven) en de jaarlijkse toename van de broeikasgassen kooldioxide, methaan en lachgas N2O.

De WMO maakt gebruikt van wereldgemiddelde concentraties en die liggen systematisch iets lager dan op Mauna Loa op het noordelijk halfrond, waar meer CO2 vrijkomt en de seizoensgang groter is. De WMO komt op een gemiddelde van 396,0 ± 0,1 ppm voor 2013 terwijl het op Mauna Loa 396,48 ± 0,12 ppm is.

Ook de concentraties van methaan en lachgas zijn gestegen maar in ongeveer hetzelfde tempo als de laatste vijf en tien jaar. Het bulletin van de WMO bevat verder data over de wereldgemiddelde toename van andere broeikasgassen en over het tempo van de oceaanverzuring.

Opmerkelijk

De 2,9 ppm CO2 erbij in één jaar is opmerkelijk, een nieuw record. De gemiddelde toename over de laatste 10 jaar was 2,1 ppm/jaar. De toename in 1998 was bijna even groot maar dat was een extreem El Niño jaar, dan komt er netto méér kooldioxide in de dampkring als gevolg van extra rotting, bosbranden en wellicht minder netto opname in de oceaan. Echter… 2013 was helemaal geen El Niño jaar!

In het WMO bulletin staan enkele omineuze zinnetjes:

Recent increases in emissions of CO2 from fossil fuel combustion (~2% per yr or ~0.2 PgC per yr) cannot explain the interannual variability in CO2 growth rate nor the greater-than-average increase in annual means from 2012 to 2013. […]

It is too early to say which factors are responsible for the larger- than-average increase in annual means from 2012 to 2013, but this active area of research relies on measurements by GAW participants.

Simpel gezegd: de vrees zou kunnen zijn dat de ‘carbon sinks’, die per jaar ruim 50% van het door de mens uitgestoten kooldioxide extra opnemen, verzadigd raken. In dat geval zou de airborne fraction, het deel van de emissies dat in de dampkring blijft, gaan stijgen. Zie het interessante gastblog van Dr. Guido van der Werf over toekomstige CO2-concentraties, met:

Figuur 2. Verhouding tussen jaarlijkse toename in de atmosfeer en emissies van CO2, oftewel de fractie van onze emissies die in de atmosfeer blijft, de zogenaamde airborne fraction. Deze is in het algemeen laag in koude jaren (La Niña of vulkanen) en hoog in warme jaren (El Niño).

De WMO zegt dat de +0,8 ppm extra (ca. 1,6 GtC) boven de trend van de afgelopen jaren niet te verklaren is door de emissies in 2013 — de emissies zijn ‘slechts’ 0,2 GtC gestegen. Er is dus een ‘gat’ van ongeveer 1,4 GtC dat de natuur te weinig lijkt te hebben opgenomen in 2013, zonder direct aanwijsbare oorzaak.

Nu is dat aan de rand van de natuurlijke variabiliteit dus het zou toeval kunnen zijn — maar het is wel aanleiding voor opgetrokken wenkbrauwen en intensief onderzoek. Wat denk ik ervan?

Wellicht wordt er in de berichtgeving nu teveel naar deze korte-termijn variatie gekeken. Je kan pas van een trendbreuk spreken als meerdere jaren de airborne fraction hoger uit zou vallen — zonder El Niño. Het is zaak om ook kortstondige schommelingen in de jaarlijkse balans tussen natuurlijke CO2 opname en afgifte nauwkeuriger te kwantificeren. Daarnaast is het nu inderdaad ‘too early to say‘: eerst moeten de totale emissies over 2013 bekend zijn inclusief cement en landgebruik, niet alleen de fossiele brandstoffen.

Maar het zou kunnen dat de veelvuldige en langdurige La Niña’s van de laatste 10 jaar ons verwend hebben met een relatief lage airborne fraction, en dat dit een ‘regression to the mean’ is van deze parameter. Wordt vervolgd.

Additionele info:

– BBC: Greenhouse gas levels rising at fastest rate since 1984
– Washington Post: CO2 levels in atmosphere rising at dramatically faster rate
– SpaceDaily: Historic carbon peak soon to become global average
– de GAW is de Global Atmosphere Watch van de WMO. Het omvat een reeks meteorologische organisaties en meetstations die data verzamelen over de chemische samenstelling van de atmosfeer en de veranderingen daarin. Eén van de meetstations staat op de Jungfraujoch waar de foto boven ons blog gemaakt is, en waar Bart Verheggen mede verantwoordelijk voor was.

20 Reacties op “CO2-concentratie sneller gestegen dan ooit tevoren

  1. Lennart van der Linde

    Bob,
    In hoeverre speelt jaarlijkse variatie in bosbranden mogelijk een rol in de jaarlijkse variatie van (de stijging van) het CO2-niveau? Is daar in dit geval iets over te zeggen?

  2. Hi Lennart,

    Voor zover ik weet speelt dat een beduidende rol: verdroging en hoge temperaturen tijdens een El Niño veroorzaken bijvoorbeeld dat er veel meer bos in rook opgaat. Ook de ‘land clearing’ en ontbossing door menselijke oorzaken schommelt van jaar tot jaar.

    Er is wel een algemene tendens over de laatste ca. 10 jaar dat de netto bijdrage aan de CO2-emissies door ontbossing aan het dalen is. Er wordt veel werk gestoken in het tegengaan van ontbossing en bijv. in Europa is er de afgelopen eeuw ook bos bijgekomen. De probleemzones qua ontbossing liggen vooral in de (sub)tropen.

    Guido van der Werf van de VU is dé internationale expert op dit terrein, wellicht geeft hij ook nog even commentaar.🙂

  3. Lennart van der Linde

    Dank, Bob. Ik kan zo snel geen data over jaarlijkse variatie in CO2-emissies van branden vinden, maar wel wat gemiddelde cijfers van NASA en van Guido vd Werf en collega’s:
    http://earthobservatory.nasa.gov/Features/GlobalFire/fire_3.php

    En:
    http://biology.duke.edu/jackson/ng09.pdf

    Het filmpje in dit stuk laat wel een behoorlijke variatie zien:
    http://www.futuredirections.org.au/publications/food-and-water-crises/1451-global-wildfires-carbon-emissions-and-the-changing-climate.html

    Jaarlijkse variatie in sinks heb ik ook niet goed zicht op, dus wie daar info over paraat heeft, ik hoor het graag. Als ik tijd heb, zoek ik er zelf ook wel naar.

  4. Bob, bedankt voor de interpretatie.

    Ik kan het niet laten deze prachtige comment elders gelezen door te plaatsen:

    “At least Conservatives are not worried about this. They understand that these increased levels will not affect us but will just spill over the edge of our flat earth.”

  5. Lennart van der Linde

    Figuur 1 in Sarmiento et al 2010 lijkt te wijzen op vooral grote jaarlijkse fluctuatie in land carbon flux:
    http://www.biogeosciences.net/7/2351/2010/bg-7-2351-2010.pdf

    Ik zal ‘ns kijken wat IPCC 2013 erover zegt🙂

  6. Hi Lennart,

    Ja, de jaarlijkse ‘land sink’ fluctueert meer van jaar-tot-jaar dan de ‘ocean sink’. Die laatste is betrekkelijk constant en ook iets kleiner.

    Vroeger was mijn automatische aanname dat de grotere ‘airborne fraction’, en dus geringere CO2-opname, tijdens El Niño jaren wel zou liggen aan de oceaan: in het warmere oppervlaktewater lost er (iets) minder CO2 op.

    Het onderzoek laat echter zien dat het vooral de ‘land sink’ is die reageert op El Niño’s: extra bosbranden, snellere rotting van organisch materiaal etc. Maar ja… 2013 is bepaald géén El Niño jaar.

  7. Lennart van der Linde

    Hoi Bob,

    Wat betreft de emissies door branden, en de variaties daarin, lijkt IPCC 2013 inderdaad vooral naar Van der Werf et al 2010 te verwijzen:
    http://www.atmos-chem-phys.net/10/11707/2010/acp-10-11707-2010.pdf

    Die emissies zijn toch wel aanzienlijk en kunnen van jaar tot jaar wel tot een factor twee verschillen. Maar de vraag is dan, zoals je aangeeft, hoe groot die emissies waren in het afgelopen niet-El Nino-jaar en hoe die zich verhouden tot jaarlijkse variaties in CO2-opname. Zouden daar al ergens een schattingen van zijn, of is dat nog te vroeg?

  8. Bob fijn overzicht met een scherpe interpretatie.

    Wat betreft opname door de biomassa via fotosynthese -de land sink- daar wordt onderzoek naar gedaan door de “fluorescentie gloed” te meten via satellieten.
    Deze gloed is een bijproduct van de fotosynthese reactie.
    Een bekende meting van de prestatie van een gewas.
    http://www.ears.nl/ppm/technische-achtergrond.php?lang=nl

    In juli is daartoe de OCO-2 satelliet gelanceerd. OCO staat voor Orbiting Carbon Observatory. De ‘2’ duidt aan dat er een eerste satelliet is geweest. Deze faalde echter.
    http://oco.jpl.nasa.gov
    Sources en sinks van CO2 worden gemeten en ook de verspreiding en verdunning in de atmosfeer. Het meten van de gloed is een bijvangst.
    De wetenschappers willen deze meting twee jaar lang uitvoeren.

  9. De fluctuatie in de jaarlijkse CO2 fluxen voor het land en de oceaan zijn goed weergegeven in figuur 6.9 van het IPCC rapport. De grijze balken zijn El Nino perioden en de zwarte balk is de periode van de Mount Pinatubo vulkaan uitbarsting.

    Zoals Bob al schrijft, is het vooral het land dat tijdens een El Nino meer CO2 afgeeft dan gemiddeld en nemen de oceanen juist CO2 op. Vooral in de tropen is er dan een sterkere stijging van de CO2 afgifte. 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 voor wat links daarover het blogstuk van een paar jaar geleden: https://klimaatverandering.wordpress.com/2012/09/16/humlum-over-emissies-en-omissies/

  10. Lennart van der Linde

    Jos,
    Dank voor de leerzame info en links. De link in je humlum-stuk naar Nevison et al 2008 werkt overigens niet meer. Deze doet het wel:
    http://www.ess.uci.edu/researchgrp/sites/default/files/jranders/files/2008jgrbnevisonetal.pdf

    Blijft de vraag wat dan de mogelijke verklaring is voor de hoge stijging afgelopen jaar. Waren er in 2013 mondiaal bijzonder veel branden? Zo niet, wat kan dan dan (een deel van) de verklaring zijn?

    De experts lijken op dit punt ook nog hard op zoek naar een scherper beeld, dus ik ben benieuwd welke factoren volgens jullie het meest in aanmerking komen voor nadere analyse.

  11. Vreemd Lennart, die link werkt bij mij nog wel. De link wijst overigens precies naar de file die je hierboven opgeeft.

    Over die stijging van de CO2 concentratie van de afgelopen paar jaar schrijft het WMO, zonder bronverwijzing:
    “Recent increases in emissions of CO2 from fossil fuel combustion (~2% yr–1 or ~0.2 PgC yr–1) cannot explain the interannual variability in CO2 growth rate nor the greater-than-average increase in annual means from 2012 to 2013. Measurements of 13C/12C in atmospheric CO2 by GAW participants indicate that changes in CO2 growth rate result from small changes in fluxes between the atmosphere and terrestrial biosphere.”
    En
    “Small interannual variability (1–2%) in these fluxes, either from a change in the balance between photosynthesis and respiration or the amount of biomass burned, have a large impact on the growth rate of CO2 (~4 PgC yr–1).”
    Tja, wat dan precies de oorzaak is?

    Hieronder de ‘atmospheric growth’ van het Global Carbon Project, waar ik 2013 aan heb toegevoegd (2.9 ppm CO2 = 6.18 PgC). 2013 lijkt inderdaad een uitschieter voor een niet-El Nino jaar als je naar de regression residuals kijkt. Buiten de grote El Nino uitschieters 1983 en 1998 een beetje vergelijkbaar met 1977/79, wat lichte El Nino jaren waren.

  12. Lennart van der Linde

    Ja, vreemd, nogmaals gecheckt, maar hij opent hem bij mij niet.

    Hoe dan ook: dank voor het WMO-citaat. Dat is inderdaad het antwoord dat ik zocht, maar waar ik in mijn haast overheen gelezen had.

  13. Lennart van der Linde

    “too early to say”, zeggen ze dus, wat de precieze oorzaak is voor deze uitschieter.,,

  14. Bedankt Bob voor het interessante bericht en verwijzing. Grappig genoeg zijn we met het Global Carbon Project net klaar met de update voor 2013 en daar is de sterke toename niet te zien. Zij gebruiken data van NOAA voor de atmosferische compenent . Hiermee komt de groeisnelheid op 2.5 ppm. Dat is nog steeds hoog voor een niet El Nino jaar maar niet zo’n uitschieter als de 2.9 ppm van WMO. Ik weet zo een-twee-drie niet waar het verschil vandaan komt aangezien ze leunen op dezelfde databronnen, waarschijnlijk komt het door de manier van middelen.

    2.9 of 2.5, het blijft relatief hoog nadat we gewend zijn geraakt aan ongeveer 2 ppm per jaar. Maar ik ben het met Bob eens dat het pas een bevestiging is van verzadiging van de oceaan en/of land opname als er nog een flink aantal jaren volgen zoals deze. Om dingen in perspectief te zetten: in 2011 was de opname door het land juist extreem hoog, we publiceerden daarover en lieten zien dat verhoogde opname in savannes (vanwege veel neerslag) een logische verklaring zou kunnen zijn. Aangezien de koolstofcyclus in savannes redelijk snel gaat (in tegenstelling tot bijvoorbeeld bossen waar koolstof ook in stammen e.d. gaan zitten met een lange levensduur) is het logisch om aan te nemen dat de in 2011 opgeslagen koolstof er de jaren erna weer uitkomt, zeker als het even wat minder nat is. Maar er zullen vast een aantal andere hypotheses (hopelijk beter onderbouwd….) opduiken in de literatuur de komende jaren.

    Wat Lennard’s opmerking over de rol van bosbranden betreft heb ik weinig toe te voegen aan eerdere commentaren. Bosbranden emitteren elk jaar ongeveer 2 Pg koolstof oftewel 1 ppm in de atmosfeer en uiteraard is dit soms meer en soms minder. Maar in het algemeen zie je dat als er veel branden in één bepaalde regio zijn er minder in een andere regio zijn waardoor de mondiale emissies altijd redelijk rond die 2 Pg C zitten. 2013 was wat dat betreft niet anders, en ook ontbossing in het algemeen lijkt niet plotseling omhoog gegaan te zijn. Een tabel met emissieschattingen staat hier.

    Een uitzondering op het bovenstaande was de sterke El Nino van 1997-1998. Toen was het overal in de tropen droog en met name in Indonesie leidde dit tot enorme emissies (met kleinere bijdrages van Centraal en Zuid Amerika en Rusland). Ik ben toevallig nu in Indonesie voor metingen en we zien heel duidelijk dat de branden beginnen op het moment dat het ergens een weekje droog is. Ze stoppen dan als het weer gaat regenen en daarna begint het weer van voor af aan. In 1997-1998 kwam er echter maandenlang geen regen dus bleven de branden groeien en vanwege de hoge koolstofdichtheid in de veengebieden hier kwam er zomaar 1 Pg C (0.5 ppm) bij in de atmosfeer. Het idee is dat mensen de droogte gebruiken om effectiever te ontbossen m.b.v. branden. Ik heb hier tijdens mijn PhD over gepubliceerd en later een vervolgstudie gedaan mocht iemand verder willen lezen.

    Groet,
    Guido

  15. Hi Guido,

    Dank voor je commentaar, dat verheldert enorm! Volgens de tabel waar je op wijst zou 2013 zelfs het jaar zijn met de op één na geringste ‘fire emisions’, alleen het jaar 2000 had er minder.

    Ik kan me wel herinneren dat er nogal wat publiciteit was over de toename van de ‘semi-arid vegetation’ in 2011 in o.a. Australië, waarbij er hier en daar gesuggereerd werd dat het een structurele toename van de ‘land carbon sink’ zou zijn. Jullie publicatie laat echter vooral zien dat het een (mogelijk tijdelijk) gevolg was van extra neerslag tijdens de veelvuldige La Niña’s o.a. in 2011:

    Surprisingly, we find that the global carbon sink anomaly was driven by growth of semi-arid vegetation in the Southern Hemisphere, with almost 60 per cent of carbon uptake attributed to Australian ecosystems, where prevalent La Niña conditions caused up to six consecutive seasons of increased precipitation. In addition, since 1981, a six per cent expansion of vegetation cover over Australia was associated with a fourfold increase in the sensitivity of continental net carbon uptake to precipitation.

    Indien tijdens de drogere omstandigheden van 2013 de extra Australische savanne-vegetatie alweer terugkeert in de atmosfeer – in de vorm van extra emissies – dan is de grote toename van 2013 deels juist een gevolg van die kleinere toename in 2011 en de jaren daarvoor:

    More research is needed to identify to what extent the carbon stocks accumulated during wet years are vulnerable to rapid decomposition or loss through fire in subsequent years.

    Het verschil tussen WMO met +2.9 ± 0.2 ppm en NOAA met +2.54 ± 0.09 ppm is eigenlijk best groot.. ik ben wel nieuwsgierig of zij (1) dezelfde begin/eind-data gebruiken en (2) of zij beiden de metingen ‘area-weighted’ middelen. Een vroeger of later regenseizoen zou wellicht nog verschil kunnen maken als NOAA en WMO niet over dezelfde periode middelen.

    Groeten,
    Bob

  16. Lennart van der Linde

    Beste Guido,

    Dank voor het heldere antwoord op mijn vraag naar de factor ‘brand’ (met b, niet B). We zullen dus waarschijnlijk nog even geduld moeten hebben voor een antwoord op de andere vragen.

  17. Het verschil tussen WMO en NOAA is inderdaad erg groot dus ik ben even gaan navragen waardoor dit komt. Zal het verder even in het Engels doen zodat andere geinteresseerden in de wereld (?) dit niet nog een keer hoeven uit te zoeken, misschien dat Bob of Jos het grafiekje wil invoegen? Bedankt!

    ########

    The difference between WMO (growth rate for 2013 of 2.9 ± 0.2 ppm) and NOAA (2.54 ± 0.09 ppm) is very large, especially when considering this is the best constrained part of the global carbon cycle. Pieter Tans (NOAA) and Wouter Peters (Wageningen University) helped out with understanding what is going on.

    There are two main differences:
    1) WMO includes more CO2 measurement stations in their averaging procedure than NOAA, including many on land. NOAA refrains from doing that as the land stations may be more influenced by local processes thus not fully representing background conditions. Interestingly, including more land stations elevates the average concentration somewhat as emissions occur mostly on land (see top panel of this figure).
    2) WMO calculates the annual growth rate as the difference between mean annual concentration of one year minus mean annual concentration of the previous year. NOAA does it different, they calculate it as the difference between mean concentrations on midnight of the 31st of December minus those of midnigh January 1st. The two basically have a 6 month offset.

    Combined, these two things lead to different results, see middle panel. By far the largest difference is due to the different ways of calculating the growth rate, if we would use the WMO approach but the NOAA data we get almost as high a growth rate in 2013 as WMO gets, see the bottom panel.

    pdf version of the graph is here

  18. Hi Guido,

    Many thanks, and that goes for Pieter Tans and Wouter Peters as well!

    A very interesting difference and quite understandable given the calculation methods and the way in which land stations are treated. Of course, it begs the question which method would be most useful if you want to compare top-down and bottom-up carbon cycle budgets.

    Guido, if you don’t mind I’ll write a short blogpost about this and I will quote your comment literally (and post the graph). Thanks again.

  19. Sure, that sounds good Bob. For the Global Carbon Project work we use the NOAA approach as all other datasets are also calculated for the whole calendar year.

  20. Hi Bob and Guido,

    Is it time now to look to the CO2 concentration development per latitude and month?
    http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/history.html
    One can notice the natural noise over season and location. The dilution towards the Southern Hemisphere is clear. The system as a whole has a rachet pattern. At the South Pole the net effect of the growth of the CO2 concentration is showing us the trend. And the ratchet effect is there in every year. This is IMO a clear sign of a massive source of CO2 which is overwhelming any other source and sink effect.

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