Auteursarchief: Hans Custers

De beïnvloeding van het klimaat door de interactie tussen aerosolen en wolken lijkt eenvoudiger dan gedacht

Eruptie van de Holuhraun in IJsland in het najaar van 2014 (Bron: Flickr/Sparkle Motion)

De invloed van aerosolen (microscopisch kleine deeltjes of druppeltjes in de atmosfeer) op het klimaat is complex. Aerosolen kunnen een afkoelend effect hebben op het oppervlak, omdat ze zonlicht reflecteren, maar ook een opwarmend effect op de atmosfeer als de deeltjes zonlicht absorberen. Het netto-effect hangt af van tijd, plaats, hoogte en de precieze eigenschappen van de aerosol-deeltjes. En alsof dat al niet genoeg is, spelen aerosolen ook nog eens een belangrijke rol bij het ontstaan van bewolking. Met alle mogelijke klimaateffecten van dien. De invloed van aerosolen op bewolking wordt wel het indirect aerosol-effect genoemd.

Het zit zo. Als lucht afkoelt en daardoor oververzadigd raakt met waterdamp, condenseert die waterdamp op de aanwezige aerosoldeeltjes. Zonder de “hulp” van die zogenaamde condensatiekernen zou de luchtvochtigheid op kunnen lopen tot wel vier maal het verzadigingspunt, voordat de condensatie van waterdamp op gang komt. Met als gevolg, zo stel ik me in elk geval voor, dat er ineens een enorme plens water uit een totaal onbewolkte lucht zou vallen als die condensatie eenmaal op gang zou komen.

Dat zal in werkelijkheid nooit gebeuren, omdat de aardse atmosfeer nooit helemaal stofvrij is. Er zit vulkanische as in de lucht, woestijnstof, zeezout en roet dat ontstaat bij natuurbranden. En wij mensen voegen daar nog van alles aan toe. Misschien nog belangrijker is dat er door chemische processen in de atmosfeer ook aerosolen ontstaan. Daarbij spelen diverse organische stoffen en zwaveldioxide een grote rol. Die stoffen belanden door zowel natuurlijke processen als menselijke activiteiten in de atmosfeer. Vulkanen zijn een belangrijke natuurlijke bron van zwaveldioxide. Menselijke emissies zijn vooral het gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen. De concentratie zwaveldioxide is van grote invloed op de vorming van aerosolen.

Omdat er vrijwel altijd al voldoende aerosolen aanwezig zijn, zorgen extra deeltjes er niet of nauwelijks voor dat bewolking eerder of gemakkelijker ontstaat. De hoeveelheid water die condenseert neemt meestal ook niet toe als er meer deeltjes zijn; als de waterdampconcentratie beneden het verzadigingspunt komt condenseert er niets meer. Maar als er meer deeltjes zijn die als condensatiekern kunnen fungeren ontstaan er wel meer druppeltjes (of ijskristalletjes), die dan ook kleiner zijn. En dat heeft invloed op de eigenschappen van een wolk, op twee verschillende manieren: Lees verder

Nieuws over de klimaatgevoeligheid, maar geen spectaculair nieuws

Er was de afgelopen dagen wat drukte in de social media over een nieuw artikel in Science Advances over de klimaatgevoeligheid. Aanleiding voor die drukte was waarschijnlijk vooral een bericht in De Volkskrant, waarin de soep wat heter werd opgediend dat hij wordt gegeten. Want waar De Volkskrant suggereert dat het onderzoek een heel nieuw inzicht geeft, is het in werkelijkheid vooral een bevestiging van wat veel klimaatwetenschappers al dachten.

Het artikel “Slow climate mode reconciles historical and model-based estimates of climate sensitivity” is geschreven door twee onderzoekers van Harvard: Christian Proistosescu (inmiddels werkzaam aan de Universiteit van Washington) en Peter Huybers. Nic Lewis vindt in De Volkskrant dat het onderzoek de verschillende resultaten die de diverse methoden om de klimaatgevoeligheid te schatten opleveren “onder het tapijt” veegt. Een ronduit absurd verwijt, omdat het onderzoek juist helemaal gewijd is aan die verschillen. Er wordt absoluut niet geheimzinnig gedaan over de verschillen, Men zoekt hier juist naar een verklaring voor de verschillen tussen de zogenaamde observationele methode en schattingen van de klimaatgevoeligheid volgens klimaatmodellen. Zoals dat hoort in de wetenschap.

We hebben er al vaker over geschreven op ons blog: schattingen van de evenwichtsklimaatgevoeligheid (of ECS: Equilibrium Climate Sensitivity) volgens de zogenaamde observationele methode vallen meestal wat lager uit dan schattingen op basis van klimaatmodellen of paleoklimatologische reconstructies. In het artikel waarin de observationele methode 15 jaar geleden voor het eerst werd beschreven, Gregory et al., werd deze methode al een ondergrens-benadering genoemd. Dat deze schattingen vaak aan de lage kant zijn is dus geen verrassing. Mensen als Lewis menen desondanks dat deze methode superieur is, vermoedelijk juist omdat de lage uitkomst ze zo goed bevalt.

Het mooie van observationele schattingen van de klimaatgevoeligheid is de eenvoud van de methode. Maar dat is tegelijkertijd de zwakte. Proistosescu en Huybers constateren wat bijvoorbeeld Marvel et al. en Richardson et al. eerder ook al constateerden: de sterk vereenvoudigde observationele methode, die volledig gebaseerd is op mondiaal gemiddelde gegeven, mist onderdelen van de complexe realiteit die van invloed kunnen zijn op de werkelijke klimaatgevoeligheid. De focus op het mondiale gemiddelde gaat bijvoorbeeld helemaal voorbij aan de grote lokale verschillen die er in de echte wereld zijn. Modellen kijken wel naar die lokale verschillen. Een belangrijk verschil is dat tussen land en oceaan. Niet alleen warmt land sneller op dan de oceaan, er kunnen ook verschillen zijn in de terugkoppelingen die de opwarming versterken of verzwakken. En dat is precies wat Proistosescu en Huybers vinden, via een uitgebreide analyse van CMIP5 modelresultaten: de versterkende terugkoppelingen zijn boven de oceaan sterker dan boven land. Omdat de opwarming van de oceanen achterloopt op het mondiaal gemiddelde, geldt dat ook voor die versterkende terugkoppelingen. We hebben dus nog relatief veel opwarming tegoed van wat Proistosescu en Huybers de “slow mode” noemen. Lees verder

Het verband tussen klimaatverandering, de straalstroom en extreem weer

De straalstroom, een meanderende band met zeer hoge windsnelheden hoog in de atmosfeer, heeft aanzienlijke invloed op ons weer. Mogelijk verandert het gedrag van de straalstroom in het veranderende klimaat. De kans op langdurige periodes van hitte, droogte, kou of neerslag zou daardoor in sommige delen van de wereld groter kunnen worden. Klimaatonderzoekers menen dat hier aanwijzingen voor zijn, maar de wetenschappelijke discussie woedt nog volop.

Wie wel eens intercontinentaal reist weet het waarschijnlijk: een vlucht in oostelijke richting gaat vaak een stuk sneller dan een vlucht naar het westen. Dat komt door de straalstroom: een krachtige wind die met snelheden van 100 tot soms wel 400 kilometer per uur waait op grote hoogte. De straalstroom waait van west naar oost op ongeveer 10 kilometer hoogte, bovenin de onderste luchtlaag, de troposfeer. Meteorologen onderscheiden een polaire straalstroom en een subtropische straalstroom. De ligging van de polaire straalstroom is van invloed op het weer in Nederland: ligt die ten noorden van ons dan is het warm, en ligt hij in het zuiden dan is het koud. En een straalstroom die vlakbij Nederland ligt brengt depressies met regen en wind. De afbeelding boven dit artikel geeft een schematische weergave van de straalstroom; de realiteit is grilliger. Vaak zijn er flinke slingeringen en vertakkingen en meestal is de straalstroom geen gesloten band die de hele aarde omspant. Op het prachtige earth.nullschool.net is (naast heel veel anders) de actuele situatie van de straalstroom te zien.

De straalstroom is op dit moment een van de onderwerpen waar de klimaatwetenschap veel belangstelling voor heeft. Om precies te zijn: het gaat dan om de slingeringen van de straalstroom, die Rossby-golven of planetaire golven worden genoemd. Er zijn aanwijzingen dat er iets verandert in het gedrag van die Rossby-golven en dat dat invloed heeft op het weer. De Amerikaanse klimaatwetenschapper Jennifer Francis trok in 2012 nogal wat aandacht met haar publicatie hierover. Voor een webzine van Yale University schreef ze een toelichting op haar onderzoek.

Om te begrijpen wat er aan de hand is, is het nodig om te weten dat de straalstroom wordt aangedreven door het temperatuurverschil tussen de tropen en de polen. (Terzijde: ook de draaiing van de aarde speelt een grote rol.) Dat temperatuurverschil is de afgelopen decennia kleiner geworden, door een fenomeen dat arctische amplificatie wordt genoemd. Dit fenomeen werd, in zekere zin, al aan het eind van de 19e eeuw voorspeld door Svante Arrhenius. Sneeuw en ijs zijn wit. Dat betekent dat licht dat er op valt grotendeels wordt gereflecteerd. Als sneeuw en ijs door opwarming smelten, komt het daaronder liggende land- of wateroppervlak vrij, dat veel donkerder van kleur is. Zo’n donker oppervlak absorbeert absorbeert meer zonlicht, waardoor het verder opwarmt. Klimaatonderzoek heeft uitgewezen dat er ook andere factoren meespelen, en dat de realiteit dus wat ingewikkelder is, maar dat neemt niet weg dat met name het Noordpoolgebied de afgelopen decennia veel sterker is opgewarmd dan de rest van de wereld.

Lees verder

Nee, de klimaatwetenschap maakt geen melding van aannames die men helemaal niet doet

Op 3 juni verscheen in het Financieele Dagblad een opiniestuk van emeritus hoogleraar Guus Berkhout. Berkhout liet daarin, niet voor het eerst, zien dat hij er een nadrukkelijke mening over klimaatwetenschap op na houdt die niet berust op een gedegen kennis van de feiten.

Inmiddels is door het FD de volgende reactie gepubliceerd.

Klimaatwetenschap niet afserveren met stropop

Nu president Trump heeft aangekondigd uit het klimaatakkoord van Parijs te stappen, roeren de tegenstanders van dat akkoord zich weer flink in de media. Dat recht hebben ze, maar wanneer zij de gehele klimaatwetenschap afserveren op basis van aantoonbare onjuistheden, of al lang en breed blootgelegde drogredeneringen — zoals Guus Berkhout doet in zijn opiniestuk in het FD van 3 juni — is dat toch een kwalijke zaak.

Berkhout beweert dat men in de klimaatwetenschap aannames doet, die niet ter discussie worden gesteld in de peer reviewed literatuur. Zo veronderstelt hij dat wetenschappers ten onrechte aannemen dat ‘grote natuurkrachten’ geen rol meer spelen in klimaatverandering.

Het probleem is alleen dat er geen enkele serieuze klimaatwetenschapper bestaat die dit aanneemt. Hij dicht klimaatwetenschappers dus een opvatting toe die ze in de praktijk helemaal niet hebben. Om vervolgens die door hemzelf verzonnen opvatting aan te vallen. Een stropop, zoals die drogreden doorgaans wordt genoemd.

Wat blijkt uit de peer reviewed literatuur is dat er simpelweg geen enkele aanwijzing is van een grote natuurkracht die de, naar geologische maatstaven, snelle opwarming van 1°C die we in de afgelopen anderhalve eeuw hebben gezien kan verklaren.

Ook suggereert Berkhout dat klimaatmodellen de klimaatveranderingen uit het verleden niet zouden kunnen verklaren, maar wederom is het tegendeel het geval. Het is juist de volledige wetenschappelijke kennis — over de fysica in het klimaatsysteem, over veranderingen in het verleden en over de opwarming die op dit moment plaatsvindt — die, in samenhang bekeken, ontegenzeggelijk op de menselijke invloed wijst.

Daarmee is overigens — laat dat duidelijk zijn — niet gezegd dat de wetenschap een toekomstig klimaat tot in detail kan voorspellen. Absolute zekerheid bestaat niet. Wat de klimaatwetenschap wel laat zien is dat klimaatverandering grote risico’s met zich meebrengt als we onze economische ontwikkeling in de toekomst grotendeels op het gebruik van fossiele brandstoffen blijven baseren.

Het akkoord van Parijs is dan ook niet gebaseerd op absolute zekerheid. Waar het akkoord in wezen op neerkomt is dat vrijwel de gehele wereldgemeenschap het er over eens is dat klimaatverandering zodanige risico’s oplevert, dat aanzienlijke inspanningen om de opwarming ruim beneden de 2°C te houden gerechtvaardigd zijn. Klimaatafspraken en klimaatbeleid berusten in de kern op een afwegen van risico’s, niet op een keuze tussen zekerheden. De wetenschap is zich daar terdege van bewust, zoals ook blijkt uit de rapportages van het IPCC, maar Berkhout lijkt dit punt volledig te missen.

Bart Strengers, klimaatonderzoeker Planbureau voor de Leefomgeving
Rob van Dorland, klimaatonderzoeker KNMI
Bart Verheggen, docent Earth and Climate Sciences, Amsterdam University College
Ernst Schrama, universitair hoofddocent, TU Delft
Hans Custers, klimaatblogger

Lees verder

Geen pauze, geen versnelling: de opwarming van de aarde gaat in gestaag tempo door

Strikt natuurwetenschappelijk bekeken is de opwarming van de aarde te omschrijven en te begrijpen als accumulatie van energie in het klimaatsysteem. Maar meestal kijken we naar de stijging van de temperatuur aan het aardoppervlak. Dat is niet vreemd en ook niet onterecht: het aardoppervlak is immers de plek waar we wonen. De stijging van de temperatuur is hoe wij de opwarming waarnemen. Bovendien hangen veel gevolgen van klimaatverandering direct samen met de veranderende temperatuur aan het aardoppervlak. De wetenschappelijke terminologie die in de loop der tijd is ontstaan kan soms wat verwarrend zijn: wanneer wetenschappers het over “global warming” hebben, dan bedoelen ze de stijging van de oppervlaktetemperatuur.

Grafieken zoals die bovenaan dit stuk zijn alomtegenwoordig in wetenschappelijke artikelen, mediaberichten en blogstukken die over het klimaat gaan. En sommige blogs en media trekken nogal makkelijk conclusies op basis van wat men over korte tijdschalen in zo’n grafiek meent te zien. Dat er tot voor kort een pauze zou zijn in de opwarming van de aarde, bijvoorbeeld, of juist dat de opwarming versnelt nu er drie opeenvolgende recordwarme jaren zijn geweest. Wetenschappers zijn in het algemeen wat voorzichtiger. Die beoordelen grafieken niet op het oog, maar laten statistische analyses los op de data. Daarmee kan men bijvoorbeeld onderscheid maken tussen “ruis” (temperatuurschommelingen op korte termijn, die er altijd zijn geweest en er altijd zullen blijven) en “signaal” (de stijging van de temperatuur op lange termijn, bijvoorbeeld als gevolg van menselijke broeikasgasemissies).

De afbeelding hierboven komt uit een onlangs verschenen artikel over een dergelijke analyse: Global temperature evolution: recent trends and some pitfalls van Rahmstorf, Foster en Cahill. Het artikel is vrij toegankelijk en in een leesbare stijl geschreven. Voor de meeste geïnteresseerden zal de video-samenvatting van Stefan Rahmstorf voldoende zijn om dit onderzoek op hoofdlijnen te begrijpen. Wie dan nog wat meer informatie wil, kan terecht op het blog van Victor Venema of bij John Abraham op de site van The Guardian. Ik beperk me hier tot de belangrijkste punten.

De grafiek uit het artikel laat zien waar er, volgens statistische trendbreukanalyse, werkelijk veranderingen zijn in de trend van de mondiale temperatuur. Met een trendbreukanalyse probeert men de best mogelijke combinatie van lineaire fits voor de data te vinden, waarbij de verschillende trends geen discontinuïteit mogen vertonen. De conclusie is duidelijk: de “hiatus”, waar de afgelopen jaren zoveel over gezegd en geschreven is, wijst niet op een vertraging in het tempo van de opwarming van de aarde. Ofwel: de zogenaamde hiatus was een heel normaal gevolg van natuurlijke variabiliteit van het klimaat. En, aan de andere kant, de drie recente recordwarme jaren wijzen niet op een versnelling. De adder onder het gras: een eventuele versnelling of vertraging is pas na lange tijd met enige mate van zekerheid aan te tonen.

Open discussie voorjaar 2017

Het is alweer bijna mei, de wereld wordt weer groen en in de oude havens van Rotterdam knokken de meerkoeten er weer flink op los. Ondertussen bouwen ze druk aan hun nieuwe nest. Het blijven Rotterdammers.

Tijd voor een nieuwe open discussie. Zoals altijd kunnen hier inhoudelijke discussies worden gevoerd (of voortgezet) over klimaat en klimaatwetenschap die geen betrekking hebben op specifieke blogstukken.

De afbeelding hierboven geeft voorbeelden van soorten waarvoor veranderingen in het leefgebied onder invloed van klimaatverandering zijn gedocumenteerd of worden voorspeld. De figuur is afkomstig uit een uitgebreid overzichtsartikel in Science: “Biodiversity redistribution under climate change: Impacts on ecosystems and human well-being” van Pecl et al.. Het artikel zit achter de betaalmuur van Science, maar de aanvullende informatie met een uitgebreide toelichting op de afbeelding is wel vrij toegankelijk. De video hieronder vat de hoofdpunten van dit artikel in een minuutje samen.

Draagt interne variabiliteit van het klimaat bij aan het smelten van Arctisch zee-ijs?

In De Volkskrant schreef Martijn van Calmthout onlangs over een artikel in Nature Climate Change, dat de afname van het zee-ijs in het Noordpoolgebied in september voor een deel toeschrijft aan interne variabiliteit van het klimaat. Een conclusie die, althans voor mij, enigszins tegenintuïtief is. Het gaat hier namelijk niet over schommelingen op korte termijn, waar interne variabiliteit onmiskenbaar een aanzienlijke rol speelt, maar over de trend over een periode van bijna 40 jaar. Bovendien openen de auteurs het artikel met de vaststelling dat er geen verband vast te stellen is tussen bekende klimaatschommelingen (zoals de Noord Atlantische Oscillatie) en de hoeveelheid zee-ijs.

Nu is het in sommige kringen gebruikelijk om bij onderzoeken die tegen de eigen opvatting of intuïtie ingaan onmiddellijk te beginnen met insinuaties over motieven van onderzoekers. Dat zou hier ook makkelijk kunnen: alle onderzoekers die aan het artikel hebben bijgedragen werken in Amerika, dus je zou zomaar kunnen verzinnen dat ze een wit voetje willen halen bij de nieuwe president, die zoals bekend niks van de menselijke invloed op het klimaat wil weten. Maar tot dat niveau verlagen we ons op dit blog liever niet. Het onderzoek is uitgevoerd door gerenommeerde wetenschappers en er is geen enkele reden om aan te nemen dat die er een verborgen agenda op na houden, of zelfs betrokken zijn in een complot. Dat er misschien een kritische kanttekening te plaatsen is bij de conclusie van dit artikel – die volgt verderop – hoeft allerminst te betekenen dat de auteurs een loopje nemen met de wetenschappelijke mores. Sterker nog: zo’n kritische kanttekening hoeft niet zo veel af te doen aan de wetenschappelijke waarde van het artikel. Die waarde zit hem namelijk grotendeels in de analyse die vooraf gaat aan de conclusie. Die analyse voegt iets toe aan de wetenschap, zelfs als (eventueel na vervolgonderzoek) de conclusie niet overeind zou blijven.

Het onderzoek concentreert zich op het jaarlijkse zee-ijs-minimum in het Noordpoolgebied in september, en de weersomstandigheden in de voorafgaande drie maanden. Dat er een bijzonder grondige analyse is uitgevoerd lijdt geen twijfel. De interactie tussen atmosferische circulatie en zee-ijs is onderzocht aan de hand van waarnemingen en heranalyses van die waarnemingen, via diverse modelberekeningen uitgevoerd en door bestudering van resultaten van het CMIP5 project. Daarbij werd steeds een groot aantal factoren onder de loep genomen: zee-ijs-oppervlak en -volume, wind op verschillende hoogtes, luchtdruk, temperatuur, luchtvochtigheid en neerwaartse warmtestraling. En dat dan weer in het hele Noordpoolgebied. De eerlijkheid gebiedt te zeggen dat het voor een eenvoudige klimaatblogger onbegonnen werk is om al die data, modelberekeningen en -resultaten te doorgronden en de consequenties ervan voor het enorm complexe Arctische klimaatsysteem in detail te begrijpen.

[Update: Neven meldt in de reacties dat er zich een interessante discussie ontwikkelt over dit artikel op het Arctic Sea Ice Forum, die dieper op de inhoud ingaat. Rob Dekker heeft pittige kritiek; het antwoord verschijnt hopelijk binnenkort.]

De waarnemingen en heranalyses laten zien dat er sinds 1979 aanzienlijke veranderingen zijn opgetreden in atmosferische stromingspatronen in het Noordpoolgebied. Die veranderingen hebben, volgens de modelberekeningen, aanzienlijk – tot wel 60% – bijgedragen aan het smelten van het ijs. Er is een zekere terugkoppeling tussen stromingspatronen enerzijds en de afname van het ijs-oppervlak en andere gevolgen van klimaatverandering anderzijds. Met andere woorden: het smelten van het ijs draagt waarschijnlijk bij aan de verandering in de atmosferische stromen. Maar daarmee kunnen de onderzoekers de veranderingen in de stroming maar voor een deel verklaren. En daarom concluderen ze dat wel 30 tot 50 % van de afname van de hoeveelheid ijs in september het gevolg zou kunnen zijn van interne variabiliteit in het klimaat.

De vraag die zich aandient is: maken de onderzoekers niet te snel te stap van een ontbrekend bewijs van menselijke invloed naar de conclusie dat er sprake is van (natuurlijke) interne variabiliteit? Ofwel: hebben we hier niet een voorbeeld te pakken van de wetenschappelijke voorkeur voor “erring on the side of least drama”? Dat interne variabiliteit, via zogenaamde teleconnecties, een rol speelt is zeker niet onaannemelijk, maar een duidelijk verband tussen een specifieke teleconnectie en de afname van het ijs geeft het artikel niet. En dat betekent dat er op het grootste deel van de verandering in atmosferische circulatie geen enkele vingerafdruk staat; niet die van de mens, maar net zo min die van interne variabiliteit. Als, laat ik die disclaimer voor de zekerheid nog maar een keer toevoegen, ik tenminste niets over het hoofd zie in dit complexe onderzoek.

Laten we hopen dat ik het mis heb en de onderzoekers niet. Want dat zou betekenen dat er ooit een periode kan komen waarin het zee-ijs-minimum in september veel minder snel daalt dan in de afgelopen 40 jaar. Of waarin het misschien wel stabiel blijft, of een beetje groeit. Een mogelijkheid die in 2011 al eens werd geopperd door Jennifer Kay en collega’s. Voorlopig durf ik er mijn geld toch nog niet op te zetten.