Tagarchief: Klimaatgevoeligheid

De grenzen van de klimaatgevoeligheid

eft2152-fig-0001

We schrijven hier veel en vaak over klimaatgevoeligheid. Met reden: aan de hand van klimaatgevoeligheid kan goed inzichtelijk gemaakt worden hoeveel invloed menselijke CO2-emissies op het klimaat hebben, of kunnen hebben. Zowel binnen de wetenschap als in de communicatie over de wetenschap is het bijzonder prettig om het klimaateffect van broeikasgassen in één getal te kunnen vangen. Maar er zitten wel wat adders onder het gras.

Klimaatgevoeligheid betekent: de stijging van de mondiaal gemiddelde temperatuur die optreedt als gevolg van een verdubbeling van de CO2-concentratie. Eigenlijk is klimaatgevoeligheid dus het meeste eenvoudige klimaatmodel dat er bestaat: het klimaateffect van CO2 gevangen in één getal. Die eenvoud is de kracht van het model, maar tegelijkertijd ook de zwakte. Het klimaatsysteem is namelijk niet zo simpel. Het is daarom goed om te beseffen dat schattingen van klimaatgevoeligheid een vereenvoudigde benadering zijn en dat klimaatgevoeligheid allerminst een fysische constante is.

Omdat klimaatgevoeligheid zo’n veelbesproken onderwerp is, kan het geen kwaad om de basisbeginselen en de voetangels en klemmen van dit begrip nog eens op een rijtje te zetten. Een afgelopen najaar in Earth’s Future verschenen artikel – Prospects for narrowing bounds on Earth’s equilibrium climate sensitivity van Stevens et al. – is aanleiding en, grotendeels, leidraad voor dit stuk. Aan het eind ga ik nog even in op een interessante suggestie die Stevens et al. doen voor toekomstig klimaatonderzoek. Lees verder

Advertenties

De temperatuur op aarde tijdens de afgelopen 2 miljoen jaar

In september is er een artikel in Nature verschenen van de hand van Carolyn Snyder, getiteld “Evolution of global temperature over the past two million years”. In het artikel beschrijft zij een reconstructie van de mondiale temperatuur op aarde van de afgelopen 2 miljoen jaar, Snyder is daarmee de eerste die dat presteert. De grafiek hierboven vergelijkt haar temperatuurreconstructie met de gemeten opwarming vanaf 1880 en met de temperatuurprojecties tot het jaar 3000 volgens twee IPCC scenario’s, RCP6.0 en RCP8.5. Het RCP8.5 scenario is een soort business-as-usual scenario, oftewel: wat zal er gebeuren als we niets doen om onze CO2-emissies terug te dringen. Het RCP6.0 scenario is gebaseerd op een beperkte emissiereductie. Volgens de vergelijking van deze scenario’s met de temperatuurreconstructie van Snyder zullen we aan het einde van deze eeuw de temperatuurrange van het Pleistoceen (het tijdvak van circa 2,6 miljoen jaar – 12 duizend jaar geleden) zo ongeveer achter ons laten als we onze CO2-emissies niet intomen. Voor het jaar 3000 is dat zeer waarschijnlijk het geval, de temperatuur stijgt natuurlijk nog verder als de CO2-concentratie dan nog steeds toeneemt en dat is in beide projecties het geval.

Lees verder

Over het onbestaande verband tussen aardwarmte en klimaatverandering en het nut van onzindetectie

Enkele energiestromen in het klimaatsysteem

Binnenkomend zonlicht: 340 W/m2
Geabsorbeerd zonlicht: 240 W/m2
Antropogene forcering: 2,3 W/m2
Stroom van aardwarmte naar het oppervlak: 0,09 W/m2

Het lijstje hierboven vergelijkt de hoeveelheid aardwarmte die het klimaatsysteem in stroomt met enkele andere energiestromen. De gegevens maken in één oogopslag duidelijk dat aardwarmte geen rol van betekenis speelt in het klimaat. Voor ik daar wat dieper op inga, permitteer ik me een lange en enigszins meanderende inleiding.

Scepsis, een mens heeft er, zeker in een tijd van blogs, Facebooken en Twitters, niet snel teveel van. Dan bedoel ik wel echte scepsis: niet zomaar iets voor waar aannemen, ook niet – of: vooral niet – als je het graag zou willen geloven. Wie scepsis aanneemt als levenshouding kan in de loop der jaren een vrij goed afgestelde onzindetector ontwikkelen.

Het herleiden van beweringen naar hun originele bron is een goed begin van een sceptische houding, zeker wanneer het over een wetenschappelijk onderwerp gaat. De oorspronkelijke bron is vaak een wetenschappelijk artikel of rapport, en soms een blogpost of tweet van, of een interview met een onderzoeker. Als in een verhaal niet of niet duidelijk wordt verwezen naar die originele bron, kan een beetje achterdocht geen kwaad. Natuurlijk is het voor niemand mogelijk om altijd maar weer alles te checken. Dat hoeft ook niet. Zo nu en dan een steekproef is genoeg om te zien waar de informatie meestal betrouwbaar is en waar dat niet het geval is. Zo zal een steekproef, zoals die bijvoorbeeld door enkele reageerders op het blog van William Connolley werd uitgevoerd, al snel duidelijk maken dat er niks klopt van de beweringen waarmee het pseudosceptische No Tricks Zone probeert een al vele malen weerlegde mythe – dat veel wetenschappers in de jaren ‘70 van de vorige eeuw afkoeling voorspeldennieuw leven in te blazen. Volgens No Tricks Zone zouden 285 wetenschappelijke artikelen uit de jaren ‘60, ‘70 en ‘80 afkoeling voorspellen, maar het lijkt (zo blijkt ook uit mijn eigen steekproef) veelal om artikelen te gaan die ofwel helemaal geen afkoeling voorspellen, of die expliciet aangeven maar één factor (aerosolen, Milankovic cycli) onder de loep te nemen. Een enkel foutje in zo’n lijst zou best begrijpelijk zijn, maar als het moeite kost om ook maar één artikel te vinden dat zo’n claim ondersteunt, is die claim niet geloofwaardig. En dat geldt ook voor degene die die claim doet. Lees verder

Is het gat in de energieboekhouding van de aarde gedicht?

De tekening bij dit stuk is van Marije Mooren

Missing the Heat. Tekening van Marije Mooren

Om maar met de deur in huis te vallen: de Koppenwet van Betteridge – als de kop boven een artikel eindigt met een vraagteken, is het antwoord: nee – is niet van toepassing op de kop hierboven. Maar het antwoord op de vraag is ook zeker geen volmondig: ja. Wat er wel aan de hand is: vorige maand verscheen er een artikel dat een bijzonder interessant licht werpt op het energiebudget van het klimaatsysteem, en dus van de aarde. Het soort artikel dat de geschiedenis in kan gaan als het begin van een behoorlijke stap vooruit in de klimaatwetenschap. Of als een interessant idee dat door aanvullend onderzoek onderuit wordt gehaald.

Nu de suspense zo ver is opgevoerd is het tijd voor een afknapper, de titel van het artikel: “Distinct energy budgets for anthropogenic and natural changes during global warming hiatus” van Xie, Kosaka en Okumura. Ja hoor, weer die “hiatus”. Lewandowsky zal er wel van gruwen. Niet helemaal onterecht. Want veel meer dan over een opwarmingspauze, gaat het artikel over hoe het klimaatsysteem reageert op veranderingen als gevolg van klimaatforceringen en interne variabiliteit en de gevolgen daarvan voor de energiebalans. Ofwel: over feedbacks in het klimaatsysteem.

We duiken hier dus, ter afwisseling van alle mediaberichtgeving in de afgelopen weken over de Parijse perikelen, diep de klimaatwetenschap in. De wetenschap over de energiebalans van de aarde, om precies te zijn. Of de stralingsbalans; omdat de aarde alleen via straling energie uit kan wisselen met het heelal (een enkel uit de atmosfeer ontsnappend gasmolecuul, of binnenkomend deeltje ruimtestof buiten beschouwing gelaten), komt dat op hetzelfde neer. Inzicht in de stralingsbalans, en daarmee in de energiehuishouding van het klimaatsysteem, is de sleutel tot begrip van veranderingen in het klimaat. Lees verder

Klimaatenquete: alle vragen en antwoorden

Eerder in iets andere vorm verschenen op de website van PBL

In het voorjaar van 2012 hield het PBL een enquête onder 1868 wetenschappers op het brede gebied van klimaatverandering, inclusief klimatologie, klimaateffecten en mitigatie. In augustus 2014 zijn de resultaten van deze enquête gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Environmental Science and Technology (ES&T) onder de titel Scientists’ views about attribution of global warming. De enquête toont aan dat er brede overeenstemming bestaat over de overheersende invloed van antropogene broeikasgassen op de huidige opwarming van de aarde. Deze mate van overeenstemming is het sterkst voor respondenten met meer ‘peer-reviewed’ publicaties.

Het artikel richtte zich op de antwoorden op negen vragen uit een totaal van 31. In het rapport dat nu is uitgekomen zijn de gegeven antwoorden op alle vragen weergegeven. Voor 5 vragen zijn deze antwoorden ook nog onderverdeeld in zeven subgroepen.

Het achtergrondrapport bevat informatie die niet eerder is gepubliceerd, waarvan hieronder een aantal interessante voorbeelden worden gegeven.

Klimaatgevoeligheid

De klimaatgevoeligheid is een belangrijke eenheid in de klimaatwetenschap en geeft aan hoe gevoelig het klimaat is voor een toename van broeikasgassen in de atmosfeer. Het is gedefinieerd als de verwachtte opwarming die volgt op een verdubbeling van de CO2 concentratie in de atmosfeer nadat een nieuw evenwicht is ontstaan. De uiteindelijke mondiale opwarming is dus afhankelijk van een combinatie van de totale emissies van broeikasgassen en de klimaatgevoeligheid.

De respondenten werden gevraagd naar hun beste schatting en de ‘likely range’. Dit laatste is in de IPCC rapporten gedefinieerd als het 66% waarschijnlijkheidsinterval. De figuur hieronder geeft het gemiddelde van de schattingen van de klimaatgevoeligheid van zeven groepen respondenten, waaronder de auteurs van het vierde assessment rapport van werkgroep I van het IPCC (‘AR4 auteurs’), respondenten die publieke verklaringen hebben ondertekend die ingaan tegen de  ‘mainstream’ klimaatwetenschap (‘unconvinced’), en vier verschillende subgroepen die zijn onderverdeeld naar het aantal door henzelf aangegeven klimaatgerelateerde peer-reviewed publicaties (0–3; 4–10; 11–30; meer dan 30). Het gemiddelde van de antwoorden van de meeste groepen ligt zeer dichtbij de IPCC range (1.5-4.5 °C) zoals genoemd in het vijfde klimaatrapport (AR5) – behalve de groep ‘unconvinced’ die sterk afwijkt van de andere groepen, en in mindere mate de groep met minder dan drie publicaties. De ‘best estimate’ is in alle gevallen iets lager dan de ‘best estimate’ zoals gerapporteerd in AR4 (3 °C). In AR5 werd geen ‘best estimate’ gegeven.

Scientists views on climate sensitivity - PBL

De rol van klimaatwetenschap in de samenleving

Respondenten werden ook gevraagd naar hun opvattingen over zeven stellingen betreffende de rol van klimaatwetenschap in de samenleving. Er was een duidelijke consensus dat wetenschappers zelf zouden moeten communiceren met de beleidsmakers en het brede publiek en dat de communicatie met deze laatste groep zich zou moeten focussen op de meest gedegen kennis. In iets mindere mate was er overeenstemming dat risico’s en onzekerheden benadrukt zouden moeten worden in deze communicatie. De meningen waren verdeeld over de mate waarin de bestaande onzekerheden de noodzaak voor mitigatiemaatregelen groter maken (bijvoorbeeld ter voorkoming van gebeurtenissen met een lage waarschijnlijkheid maar met een grote impact). Ten slotte vond een overgrote meerderheid dat klimaatwetenschap niet te onzeker is om bruikbaar te zijn voor het voeren klimaatbeleid.

Scientists views on role of science in society - PBL

De rol van de zon

In het publieke debat over het klimaat wordt de rol van zon vaak naar voren gebracht als een alternatieve verklaring voor de mondiale opwarming. In de enquête werd gevraagd naar de fractie van de opwarming sinds het midden van de vorige eeuw die volgens de respondenten kan worden toegewezen aan de zon. Het is opvallend dat het laagste aantal ‘don’t know’ scores voorkwam in zowel de groepen ‘unconvinced’ als de ‘AR4 auteurs’. In lijn met de verwachting hadden de ‘unconvinced’ de hoogste scores als het ging om de antwoordopties ‘het is onbekend’ (‘unknown’) en ‘de zon heeft meer dan de helft van de opwarming veroorzaakt’ (‘more than 50%’).

Evenals bij de attributie vragen (zie het ES&T artikel) zijn de antwoorden op deze vraag afhankelijk van het aantal peer-reviewed publicaties die de respondenten naar eigen zeggen hebben geschreven. Hoe meer publicaties ze op hun naam hebben staan, hoe meer ze het eens zijn met het IPCC, namelijk dat de zon nauwelijks heeft bijgedragen aan de recente opwarming, aangezien de zonnestraling juist licht is afgenomen sinds de jaren ’50.

Scientists views on the role of the sun in global warming - PBL

 

Klimaatgevoeligheid in het Plioceen en Pleistoceen

Onderzoek naar de veranderingen in de CO2 concentratie en de temperatuur in het geologische verleden, tot circa 3,3 miljoen jaar geleden, ondersteunt de range van de klimaatgevoeligheid van 1,5 tot 4,5 °C van het IPCC.

Al heel lang voordat de mens op aarde verscheen viel er soms regen of sneeuw, scheen de zon of was het bewolkt en was het wel eens warm of koud. Het weer bestaat dus al heel lang en daarmee ook het gemiddelde weer over een langere periode: het klimaat. Daar CO2 moleculen honderdduizenden of miljoenen jaren geleden exact dezelfde eigenschappen hadden als ze nu hebben, kan wetenschappelijk inzicht in de invloed van de CO2 concentratie (en veranderingen daarin) in de atmosfeer op het klimaat, en de temperatuur in het bijzonder, in vroeger tijden zeer leerzaam zijn voor het CO2-experiment dat wij mensen nu met de Aarde uitvoeren. De studie van het klimaat van het verre Aardse verleden is het terrein van de paleoklimatologie en begin deze maand is er in dat onderzoeksveld een artikel verschenen van Martínez-Botí en anderen over de klimaatgevoeligheid tijdens het Plioceen en Pleistoceen (zie ook het persbericht of The Carbon Brief).

Het Plioceen is de geologische periode van 5,3 tot 2,6 miljoen jaar geleden en het Pleistoceen loopt dan van 2,6 miljoen jaar geleden tot 11,7 duizend jaar geleden, toen het zogenaamde Holoceen begon. Het Plioceen kenmerkt zich door een geleidelijke daling van de temperatuur op Aarde en het Pleistoceen door diverse ijstijden en interglacialen, zie figuur 1. Tijdens het middelste gedeelte van het Plioceen, circa 3,3 tot 3 miljoen jaar geleden, was de temperatuur op Aarde gemiddeld 2 tot 3 °C warmer dan nu het geval is en was het zeeniveau circa 12 – 32 meter hoger.

Figuur 1: Het verloop van de mondiale oppervlaktetemperatuur gedurende de afgelopen 5,3 miljoen jaar vanaf de start van het Plioceen (boven) en de laatste 800.000 jaar (onder). Bron: Hansen et al 2013.

Lees verder

Klimaatgevoeligheid en de zoektocht naar het ‘wat’ en ‘waarom’

• De verschillende antropogene invloeden die hebben geleid tot een temperatuurstijging sinds de industriële revolutie zijn niet allemaal uniform verdeeld over de aarde. Zo zijn, in tegenstelling tot de homogeen verdeelde broeikasgassen, de concentraties aan aerosolen en ozon voornamelijk gelokaliseerd boven het Noordelijk Halfrond.
• Als men rekening houdt met een verschil in ‘effectiviteit’ van de diverse invloeden (forceringen), veroorzaakt door de inhomogene spreiding, leidt een afleiding van de klimaatgevoeligheid op basis van de observaties van de 20e eeuw tot waarden die beter overeenkomen met de paleoklimatologische data en de klimaatmodellen.

In de wetenschap, en vanzelfsprekend ook de klimaatwetenschap, poogt men antwoorden te geven op allerlei ‘wat’ en ‘waarom’ vragen. Waarom stijgt de zeespiegel, waarom is CO2 een broeikasgas of wat zal de gemiddelde temperatuur op aarde in 2100 zijn? Een belangrijk punt bij die laatste vraag is onderdeel van een boeiend en soms complex debat in de klimaatwetenschap: “Wat is de grootte van de klimaatgevoeligheid?”.

De klimaatgevoeligheid voor de evenwichtssituatie (ECS) betreft de temperatuurstijging die we zullen krijgen ten gevolge van een verdubbeling van de CO2 concentratie en we vervolgens netjes wachten totdat het gehele systeem – de atmosfeer, de ijskappen en de oceanen – energetisch weer in evenwicht is geraakt (zie hier voor een overzicht van de begrippen). Een bijzonder lastig punt hierbij is dat we deze toekomstige temperatuurstijging niet gewoon eventjes experimenteel kunnen vaststellen en ook dat toekomstige metingen helaas nu nog niet beschikbaar zijn (naar Gavin Schmidt’s Ted Talk en Knutson en Tuleya). De klimaatwetenschap probeert daarom de grootte van de klimaatgevoeligheid af te leiden, bijvoorbeeld uit klimaatmodellen, of uit gegevens van het verre aardse verleden (paleoklimatologie) of uit de observaties van de 20e eeuw.

Het interessante is nu dat ten eerste alle afleidingen van de grootte van de klimaatgevoeligheid gepaard gaan met behoorlijke onzekerheden en ten tweede dat één type afleiding een wezenlijk ander resultaat geeft dan andere typen afleidingen. Zo geven bijv. de klimaatmodellen en de paleoklimatologie data een ECS van circa 3 °C voor een verdubbeling van de CO2 concentratie en geven berekeningen gebaseerd op de observaties van de 20e eeuw een ECS van circa 2 °C. Het IPCC heeft in hun laatste rapport naar alle verschillende afleidingen en hun onzekerheden gekeken en daaruit geconcludeerd dat de evenwichtsklimaatgevoeligheid waarschijnlijk ergens tussen 1.5 en 4.5 °C ligt en heeft dit keer geen beste schatting afgegeven. Zie figuur 1.
Vandaar het ‘boeiende debat’, de wetenschap moet op zoek naar het ‘waarom’ van deze verschillen opdat men daarna een beter antwoord kan geven op de vraag: “Wat is de grootte van de klimaatgevoeligheid?”.
Lees verder