Door Geert Jan van Oldenborgh, KNMI
“De laatste jaren warmt de aarde niet meer op” is tegenwoordig een veelgehoorde opmerking. Is dat inderdaad zo, en is de conclusie dan ook dat de verdere opwarming onderschat wordt door de klimaatmodellen waarop het IPCC en KNMI hun toekomstverkenningen baseren? En hoe komt het dan dat Nederland, Europa en misschien de wereld in 2014 weer op een temperatuurrecord afstevenen?
De meest gebruikte maat voor de opwarming is de wereldgemiddelde temperatuur. Deze heeft een vreemde definitie: het is de zeewateroppervlaktetemperatuur (SST) boven open water en de 2-meter temperatuur boven land. (De gebieden met zeeijs worden niet meegenomen of geïnterpoleerd vanaf landstations.) De reden hiervoor is een praktische: er zijn veel meer metingen van de zeewatertemperatuur dan van de luchttemperatuur boven zee, en de oceanen beslaan nu eenmaal 70% van het aardoppervlak. Het verschil tussen SST en T2m boven zee is klein en verandert niet veel, dus als we alleen naar de anomalieën kijken maakt dat verschil niet uit.
Het oude argument was dat de wereld sinds 1998 niet meer is opgewarmd. Je kan die uitspraak op twee manieren interpreteren. De eerste manier was dat er geen warmer jaar gekomen is. Dat jaar was namelijk door de record-sterke El Niño van 1997/1998 een kwart graad warmer dan de trendlijn van 0.16 K/10jr. Dat record is echter in 2005 en 2010 gebroken, dus dat argument gaat niet meer op. Een verwarrende omstandigheid is dat in één oude dataset, HadCRUT3 van het Britse Met Office, de bijdrage van het sterk opwarmende noordpoolgebied systematisch onderschat werd, zodat die 1998 wel als warmste jaar beschouwde. Dat is inmiddels gecorrigeerd in de nieuwe HadCRUT4 dataset, waarin de metingen van veel meer stations in het poolgebied opgenomen zijn.
Een betere interpretatie is dat een trendlijn vanaf 1998 geen positieve trend te zien zou geven. Dat is echter niet waar: een lineaire trend vanaf de piek in 198 geeft nog steeds een positieve trend van 0.07 K/10jr. Het nieuwe argument is dat de trend de laatste 10 jaar nul is. Dat klopt redelijk, de trend is 0.00 K/10jr over 2005-2014 in de GISTEMP dataset van NASA/GISS en de Cowtan & Way reeks gebaseerd op HadCRUT4. Deze twee reeksen geven door interpolatie van de gebieden zonder metingen een goede schatting van de wereldgemiddelde temperatuur. Om verder te onderzoeken waarom de trend sinds 2005 nul is, is het nuttig het land en de oceaan apart te beschouwen.
De landtemperatuur is voor de effecten van de opwarming het belangrijkst: daar wonen de meeste mensen. De trend sinds 1970 is groter dan in de wereldgemiddelde temperatuur doordat de relatieve vochtigheid van de atmosfeer lager is, zo’n 0.22 K/10jr. Een ander verschil is dat de variabiliteit groter is (σ=0.15 K). De variaties hebben echter kortere tijdschalen: er is nauwelijks jaar-op-jaar persistentie boven land. Een belangrijke bron van deze variabiliteit is het winterweer in Siberië en Canada. Dat zijn grote oppervlakken met grote temperatuurafwijkingen, maar voor zo ver we weten voornamelijk door de grilligheid van het weer veroorzaakt, met tijdschalen veel korter dan een jaar. De andere belangrijke factor is El Niño: veranderingen daarin verklaren zo’n 30% van de variantie (met een vertraging van een half jaar). De jaren 1998 en 2010 volgden op El Niño en steken duidelijk boven de trendlijn uit, 2008 en 2011 volgden op La Niña en liggen er onder. Doordat de meeste variabiliteit korte tijdschalen heeft volgt de landgemiddelde temperatuur de toename van de CO2 concentratie heel netjes, zie figuur 2b. Zo een hoge correlatie tussen twee variabelen die niet triviaal met elkaar samenhangen is zeldzaam in het klimaatsysteem.
De trend in de landtemperatuur is de laatste 10–16 jaar wel lager dan het langjarig gemiddelde, maar wordt niet nul in de GISTEMP en GHCN/CAMS datasets (wel in CRUTEM4 en Berkeley, ik moet nog uitzoeken waar dat aan ligt). De langjarige trend ligt altijd binnen de 95% onzekerheidsmarges van de trend over deze kortere tijdschalen: en zijn meer periodes waarin de trend zo laag was, gecompenseerd door periodes waarin de trend juist hoger lag.
Het doorzetten van de trend boven land blijkt ook uit het toenemen van extremen. Seneviratne et al (Nature Climate Change, 2014) laten zien dat de hoeveelheid landoppervlak met hittegolven sinds 1997 sterk gestegen is, vooral door 2010.
De andere 70% van de planeet vertoont ander gedrag. De variabiliteit is wat kleiner (σ=0.12 K) maar vertoont veel meer persistentie. De langdurige afkoeling aan het begin van de twintigste eeuw en de opwarming ten opzichte van de trend in de jaren 1940 zijn daar goede voorbeelden van in figuur 3a. Een kleinere versie daarvan speelde de laatste jaren, met 2001–2006 boven de langjarige trend en 2007–2013 er onder (behalve 2009 en 2010, die ongeveer op de trendlijn in figuur 3b liggen). Dit zorgt er voor dat je een startdatum kan vinden die bijna geen trend geeft tot 2014, in dit geval 2002–2014. Vorig jaar was dit nog makkelijker, maar de zwakke El Niño die sinds de zomer actief is heeft het zeewateroppervlak weer wat opgewarmd zodat het er naar uitziet dat de zeewateroppervlaktemperatuur dit jaar recordhoog zal uitkomen. Uiteraard was de trend in de periode voor 2002 juist hoger dan het langjarig gemiddelde.
Het patroon van de temperatuurveranderingen over de afgelopen 10 jaar is behoorlijk veranderd sinds een paar jaar geleden de ophef over de `hiatus’ ontstond. Toen was het duidelijk de overgang van El Niño naar La Niña in de Stille Oceaan (de wig op de Stille Oceaan in figuur 4a), deels gecompenseerd door de snelle opwarming van het Noordpoolgebied. De afgelopen 10 jaar is door het wegvallen van twee El Niño jaren aan het begin van de tien jaar de wig op de Stille Oceaan bijna verdwenen, maar ook de opwarming van het noordpoolgebied is minder geworden (figuur 4b). De door toevallig winterweer gedreven vlekken boven Siberië en Canada liggen ook totaal anders. Dit alles geeft eigenlijk al aan hoe groot de toevalsfactoren in trends over zulke korte intervallen zijn en hoe zinloos het is ze te bestuderen.
De in theorie belangrijkste maat voor de opwarming van de aarde is de hoeveelheid warmte die netto is opgenomen. Uit satellietmetingen weten we dat de aarde de laatste tijd meer energie uit zonnestraling ontvangt dan ze door warmtestraling afgeeft. Deze onbalans is het gevolg van de toegenomen concentraties broeikasgassen (en aërosolen). Op langere tijdschalen wordt deze warmte voor meer dan 90% opgenomen door de oceaan, simpelweg omdat daar erg veel water in zit en de warmtecapaciteit van water hoog is. De atmosfeer heeft heel weinig warmtecapaciteit, de vaste aarde warmt niet zo diep op, en de smeltwarmte van al het land- en zeeijs dat op de polen smelt is niet genoeg om de extra warmte op te nemen. Dit argument was de basis van de vorige `hiatus’, toen de opwarming van de oceaan leek stil te staan van 2003 tot 2010. Dat was echter alleen het geval in de bovenste 700m van de oceaan. Als je de diepere lagen meeneemt gaat de opwarming gestaag door (figuur 5b). Bovendien is de opwarming van de bovenste 700m sindsdien ook weer op gang gekomen, zoals verwacht (figuur 5a).
De `hiatus’ in de opwarming van de aarde van de afgelopen 10 jaar is geen erg zinvolle manier om naar de opwarming van de aarde te kijken. Trends over 10 jaar worden op land zwaar beïnvloed door het winterweer in Siberië en Canada, en door El Niño en La Niña. Boven zee zijn de variaties iets kleiner maar duren ze langer, zodat de kans op 10-jaar trends die sterk afwijken van het langjarige gemiddelde groter is. De beste maat voor de opwarming van de aarde is de hoeveelheid warmte in de hele oceaan, ook onder het oppervlakte. Deze neemt inderdaad gestaag toe. Dit betekent ook dat de zeespiegel wereldgemiddeld door blijft stijgen. De temperatuur boven land, die voor ons het belangrijkste is, neemt onregelmatiger toe. In Nederland en Europa heeft toevallig warm weer dit jaar voor een extra zetje gezorgd waardoor er recordhoge waarden komen. Geen grote verrassing in een opwarmend klimaat.
Met dank aan Andreas Sterl en Robert Mureau voor zeer nuttig commentaar. Dit artikel verscheen eerder in Meteorologica, nummer 4. Voor een Engelse versie van dit artikel zie Climate Lab Book.
Dr. Geert Jan van Oldenborgh is Senior Researcher bij de vakgroep Weer- en Klimaatmodellen van het KNMI.
Klimaatverandering 
Duidelijk verhaal, bedankt. Twee vraagjes voor Geert Jan: 1) je zegt dat het land sinds 1970 sneller opwarmt dan de oceaan vanwege lagere luchtvochtigheid, bedoel je niet lagere warmtecapaciteit? 2) in hoeverre zie je een rol voor de AMO om het patroon in de oceaantemperatuur te verklaren?
LikeLike
Wat ik nog mis in het verhaal is, hoe na de super El Nino van 98 de oceaan dermate was afgekoeld, dat het een aardig tijdje nodig had op weer op temperatuur te komen. De beste manier om deze vreemde periode te omzeilen is gewoon een potlood over die jaren heen te leggen.
Ook zien we vanaf 2005 een versnelling van de afsmelting van de poolkap, een gebied waar hadcrut3 geen metingen doet, maar waar die warmte wel degelijk aanwezig is.
En nu muggezift ik nog over de luchttemperatuur, terwijl 97% van de opwarming in de oceanen gaat …
LikeLike
@Klimaatfietser
De oppervlaktetemperaturen van de oceanen waren inderdaad hoog tijdens die super El Nino. En ja tijdens een El Nino neemt de opwarmingsnelheid van het klimaatsysteem af, zie de laatste figuur in:
https://klimaatverandering.wordpress.com/2014/11/05/de-versnelling-in-de-opwarming-van-de-aarde/
Na 1998 daalden oppervlaktetemperaturen van de oceanen om na 2000 weer behoorlijk door te stijgen. Zoals Geert Jan schrijft: 2001-2006 boven de langjarige trend en 2007-2013 er onder:
De rode lijn is een smoothing rond 5 jaar en laat mooi de schommeling zien rond de langjarige trend. Inmiddels is de schommeling weer boven de regressielijn over 1970-2014 geraakt.
Wat betreft HadCRUT, daarin ontbreekt inderdaad het poolgebied. Geert Jan vermeldt daarom ook expliciet de Cowtan & Way dataset, dat is HadCRUT4 met een interpolatie van het poolgebied. Voor een vergelijking tussen deze twee datasets zie figuur 1 in:
https://klimaatverandering.wordpress.com/2014/09/21/klimaatmodellen-en-de-tijdmachine-van-meehl/
LikeLike
Nog een mogelijke factor die de natuurlijke variatie deels probeert te verklaren/beschrijven zijn periodieke variaties (over decennia) in windkracht boven de Pacific, volgens Thompson et al 2014:
http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2321.html
Klopt het dat hiermee de IPO, Interdecedal Pacific Oscillation bedoeld wordt?
LikeLike
Beste Guido van der Werf,
1) De lagere luchtvochtigheid zorgt er voor dat minder van de energie van de inkomende straling in verdamping gaat zitten en meer in hogere temperaturen (dus minder latente warmteflux en meer sensibele warmteflux); ook maakt het de adiabaat steiler. Op 500mb zie je geen verschil meer tussen de opwarming van land en zee. Ik geloof niet dat iemand de bijdrages van deze twee mechanismen en van de warmtecapaciteit goed uitgezocht heeft; een aanwijzing dat de warmtecapaciteit geen grote rol speelt vind ik dat in de lange runs met 2xCO2 de land- en zeetemperaturen niet naar elkaar toe kruipen. Maar ik kan er naast zitten.
2) De AMO was de afgelopen 10 jaar redelijk constant dus dat patroon zie je niet terug in de kaarten van de opwarming. Ook heeft de AMIO geen grote invloed op de wereldgemiddelde temperatuur, vandaar dat ik hem niet genoemd had.
LikeLike
@Lennart
Interessant artikel dat van Thompson et al, bedankt.
Op de Carbon Brief heeft men het ook over de IPO bij de bespreking van dat artikel en er wordt in het abstract o.a. gerefereerd aan het artikel van England et al van begin dit jaar. Daarin werd eveneens de link gelegd tussen de IPO, windsnelheden en de opwarmingssnelheid.
http://www.carbonbrief.org/blog/2014/12/pacific-winds-change-the-speed-of-global-warming-says-new-study/
http://www.nature.com/nclimate/journal/vaop/ncurrent/full/nclimate2106.html
De IPO en PDO hebben natuurlijk veel met de El Nino’s en La Nina’s van doen, die ook in het blogstuk genoemd worden. Volgens het IPCC AR4: “The IPO and PDO can be partially understood as the residual of random inter-decadal changes in ENSO activity..”.
Op de Carbon Brief citeert men Prof. England, die het e.e.a. nog eens duidelijk in het juiste perspectief plaatst:
“It’s important to note that the Pacific variability merely adds a modulation to the long-term trend of global warming, and that trend in global warming is going to continue in the long run unless greenhouse gas emissions are curbed.”.
LikeLike
Dank, Jos, voor de toelichting/aanvulling m.b.t. gedeeltelijke relatie ENSO en IPO/PDO.
LikeLike
Hier een aardig overzichtje op Skeptical Science van onderzoek naar de IPO, maar nog zonder verwijzing naar Thompson et al, geloof ik:
http://www.skepticalscience.com/Record-Breaking-Sea-Surface-Temperatures-in-2014-Has-the-Climate-Shifted.html#.VJg2uuPoRgo.twitter
LikeLike
Dank voor deze uitleg. Helder.
Er zijn drie compartimenten in de race om de warmte op te slaan. Atmosfeer, oceanen 0 -700m, oceanen 700-2000m. En deze compartimenten praten met elkaar, hebben connecties.
Engeland et al schrijft over de connectie tussen de twee oceaan compartimenten:
‘The extra uptake has come about through increased subduction in the Pacific shallow overturning cells, enhancing heat convergence in the equatorial thermocline. At the same time, the accelerated trade winds have increased equatorial upwelling in the central and eastern Pacific, lowering sea surface temperature there, which drives further cooling in other regions’.
Er zijn dus maar een paar lokale, maar op zich wel grote, bewegingen van watermassa’s nodig om variabiliteit te bewerkstelligen.
Begrijp ik goed dat er de mogelijkheid bestaat dat warmte uit het 700 -2000m oceaan compartiment, wat aanvankelijk veilig ligt opgeborgen, toch weer invloed kan uitoefenen op de atmosfeer?
LikeLike
Hi Pieter,
Ik heb min-of-meer hetzelfde beeld als jij schetst.
Wel lijkt de warmte-opslag in de westelijke Pacific (door de sterkere passaatwinden van de afgelopen twee decennia) vrij dicht onder het oppervlak te zitten: “.. increased subduction in the Pacific shallow overturning cells”, zoals England schrijft. Dat is ook te zien in deze verticale warmteprofielen van Chen & Tung (2014):
Zie het plaatje linksonder. Zoals Chen & Tung aangeven is het ruimtelijke patroon van de warmteverdeling over de Pacific sinds ca. 1999 ‘La Niña -achtig’, wat overeenkomt met de sterke passaatwinden.
Kan *die* warmte, dus 0 – 500 meter, weer aan het oppervlak komen? Deels wel, door Kelvin waves tijdens een (hevige) El Niño:
Klik om toegang te krijgen tot Lecture%2018.pdf
Voor zover ik het begrijp, zal de geleidelijk accumulerende warmte onder ca. 700 meter niet meer aan het oppervlak komen behalve na de ‘round trip’ via de thermohaliene circulatie (dit duurt ca. 900 jaar). Toch kan het indirect wel invloed hebben op toekomstige ’subduction’ van warmte in de oceaan: de temperatuurgradiënt tussen oppervlak en de diepe oceaan neemt daardoor geleidelijk af.
LikeLike
Deze maand werd dit nog gepost met wat leuke grafieken. De conclusie was helder.
“There simply is no further significant change in global warming trend, not in 1998 nor anywhere else.”
http://www.realclimate.org/index.php/archives/2014/12/recent-global-warming-trends-significant-or-paused-or-what/
LikeLike
Beste Geert Jan,
Mooi verhelderend overzicht. Ik had het natuurlijk al gelezen in Meteorologica, maar goed dat het hier ook gepubliceerd is.
Ik heb twee vragen n.a.v. figuur 5, de warmteinhoud van de oceaan:
1. Is het mogelijk om iets te zeggen over de nauwkeurigheid?
Carl Wunsch en Patrick Heimbach schreven “Direct determination of changes in oceanic heat content over the last 20 yr are not in conflict with estimates of the radiative forcing, but the uncertainties in all the fields remain too large to rationalize, for example, the apparent pause in warming.” [Wunsch & Heimbach, 2014. Bidecadal Thermal Changes in the Abyssal Ocean,
http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/JPO-D-13-096.1
]
2. Wat is jullie commentaar daar op?
[Fixed link JH]
LikeLike
Gerbrand,
De data van Geert Jan in figuur 5 zijn van het NODC en die geven keurig de OHC data met onzekerheid. Om er een idee van te krijgen, zie onderstaande grafiek. De link leidt je naar hun pagina waar ook de OHC data (met onzekerheden) zelf zijn te downloaden.
LikeLike
Jos,
Dank. Dat ziet er keurig uit. Het is echter mijn ervaring dat zulke foutenschattingen ook wel eens misleidend kunnen zijn, omdat ze niet alle onzekerheid in kaart brengen, en ook altijd wel weer op enkele aannames berusten. Dus mijn eerste vraag is eigenlijk ‘hoe goed zijn de foutenschattingen?’ Die vraag wordt dan vooral ingegeven door mijn tweede vraag waarin ik naar het artikel van Wunsch en Heimbach verwees. Ik ken beide heren als zeer serieus en deskundig, en ben dus echte benieuwd hoe Geert Jan en jullie hun uitspraak zien.
LikeLike
Gerbrand,
In de appendix van het artikel van Levitus et al 2012 kun je vinden hoe ze die onzekerheden berekend hebben:
http://data.nodc.noaa.gov/woa/PUBLICATIONS/grlheat12.pdf
Zie: “Error Estimates of Objectively Analyzed Oceanographic Data”.
Je zou je vraag ook aan Levitus zelf kunnen stellen of anders hun webmaster. Ik heb de e-mail adressen voor je opgezocht:
sydney.levitus@noaa.gov
NODC.Webmaster@noaa.gov
Mijn ervaring is dat hun webmaster snel een antwoord geeft.
Het artikel van Wunsch & Heimbach 2014 gaat over de ‘abyssal ocean’, dus over dieptes beneden 2000 m. De NODC data gaan tot 2000 m. Hun algemene opmerking die je hier eerder plaatste, interpreteer ik als: de onzekerheden zijn dusdanig dat we nog geen statistisch significante uitspraak kunnen doen over de toename van de OHC tijdens de zogenaamde ‘hiatus’.
Dat wil niet zeggen dat we dan niets weten, zoals Geert Jan hier schrijft: “Als je de diepere lagen meeneemt gaat de opwarming gestaag door (figuur 5b)”.
LikeLike
Hi Gerbrand,
De uitspraak van Wunsch en Heimbach die je citeert lijkt voor meerdere interpretaties vatbaar te zijn, maar ik lees er uit dat volgens hun de onzekerheden dusdanig groot zijn dat het mogelijk is dat de OHC niet sterk genoeg is toegenomen om de zg hiatus te verklaren. De andere kant vd onzekerheidsmedaille is dan natuurlijk dat het ook zou kunnen dat de OHC meer is tegenomen dan nodig zou zijn om de hiatus te hebben veroorzaakt (en dat de opwarming dus eigenlijk sneller is gegaan). Oftewel, het geeft geen uitsluitsel, maar toch zeker wel een indicatie (en een fysisch plausibele en intern consistente verklaring).
Maar op basis van dezelfde redenering die jij toepast op de onzekerheden, nl dat ze wel eens groter kunnen zijn dan uit de gepubliceerde marges blijkt, zou je ook moeten concluderen dat de zg hiatus in oppervlaktetemperaturen wellicht helemaal geen “echte” pauze” is, maar dat daar binnen de onzekerheid nog steeds een relatief steile opgaande trend onder verscholen kan liggen, of juist een licht dalende trend, maar dat is m.i. fysisch veel minder plausibel.
Daarnaast is er op basis van de gangbare errormarges vd temperatuurtgegevens geen sprake van een trendbreuk in oppervlaktetemperatuur. Oftewel, we proberen in feite iets (een zg hiatus in oppervlaktetemperatuur) te verklaren dat niet eens significant aanwezig is. Laat staan als je denkt dat de onzekerheidsmarges eigenlijk groter zijn.
LikeLike
Hoi Gerbrand et al,
Ik heb het interessante artikel van Wunsch en Heimbach gelezen, dank voor de link. Zoals Jos al opmerkte ligt de focus op de heat content onder de 2000m, met de stelling dat we daar eigenlijk heel weinig van weten. Ze merken echter ook op dat de bijdrage aan de verandering van de totale OHC niet zo groot is, order 10%. Jammer genoeg geven ze net niet de ECCO-schatting van de 0-2000m OHC maar alleen 0-700m en 2000m-bodem…
Dat de bijdrage van de diepe oceaan relatief klein is wordt ook gevonden door Llovel et al, NCC door de stralingsimbalans boven de atmosfeer te vergelijken met de 0-2000km ARGO waarnemingen (warmtebudget) en de altimetrie (zeespiegelstijgingbudget), hoewel de persberichten geen recht doen aan de onzekerheidsmarges van O(50%) van het totale signaal (1σ) in hun uiteindelijke resultaat. Dit geeft m.i. aan dat die twee belangrijke budgetten gesloten beginnen te worden.
Ik vind wel enigszins verontrustend dat de ECCO schatting van de 0-700m wereldwijd gemiddelde OHC anomalieën (hun Fig.19) en de NODC OI analyse hierboven (en ook de PMEL analyse) zo veel van elkaar verschillen. (ik moet Magdalena’s ECMWF analyse ook weer eens bijwerken en bekijken.) De helling is een factor twee kleiner in de ECCO-schatting en de variaties rond de trend zijn heel anders. Ook laten ze een afname in de totale OHC zien over 2009-2011 die in de NODC en PMEL data niet terugkomt. De zeespiegelmetingen laten een mogelijke verklaring zien: deze zijn in 2011 veel lager dan de trend geweest. Dit is verklaard door de extra neerslag in Australië en Zuid-Amerika door de sterke La Niña, dit water blijft O(half jaar) op land liggen. Het zou kunnen zijn dat dit effect niet meegenomen is in de ECCO assimilatie waardoor het de totale OHC in dit jaar verminderd heeft om deze dip te kunnen volgen. Hoe gecompliceerder het analyse-systeem hoe kwetsbaarder het is voor allerlei processen die ver van de oceanografie liggen. Hoe gaan ze om met de onzekerheden in de grondwaterextractie waarvan Marc Bierkens heeft laten zien dat die de zeespiegel sterk beïnvloedt?
In ieder geval zijn de NODC 0-700m en 0-2000m OHC sinds 2011, dus na de einddatum van deze ECCO-run, weer sterk gestegen. Zoals verwacht uit de imbalans van de straling. Ik vind het zelf nogal verrassend dat de toename van de OHC en zeespiegelstijging zo weinig variabiliteit vertonen en de albedo-effecten dus zo klein zijn. (In onze analyse van de ESSENCE runs vonden we bv een bewolkingseffect van ENSO in dat model dat in de waarnemingen niet terug te vinden is.) Misschien is de wereld soms simpeler dan we denken…
LikeLike