Temperatuurverloop van oceaan (boven) en land (onder) volgens Berkely Earth
Laat ik beginnen met de olifanten in de kamer: twee vragen die ongetwijfeld op zullen komen bij sommige lezers van dit stuk.
De eerste vraag: is er nu wel of geen pauze in de opwarming van de aarde? Het antwoord: inderdaad. Of, wat minder cryptisch: het is maar net hoe je er naar kijkt. De meest directe manier waarop we de opwarming van het klimaat ervaren is door de temperatuurstijging aan het aardoppervlak. En die is zo’n beetje sinds het begin van deze eeuw een stuk trager geweest dan in de daaraan voorafgaande periode. Dat is wel een pauze te noemen, zeker als we het volgens diverse datasets recordwarme 2014 voor het gemak nog maar even buiten beschouwing laten. Maar eigenlijk ervaren we de opwarming vooral via de temperatuurstijging van het land, in plaats van die van het hele aardoppervlak. Met de blik uitsluitend op het land gericht wordt het al wat lastiger om een “pauze” te vinden in temperatuurdata zoals die van bijvoorbeeld Berkely Earth (pdf) (de favoriete temperatuurdata van zelfverklaard scepticus Anthony Watts, dat wil zeggen: tot het moment dat die data er daadwerkelijk waren). Zie de afbeeldingen bovenaan dit stuk.
Er is ook wel iets voor te zeggen om opwarming te definiëren als accumulatie van warmte in het hele systeem, in plaats van als temperatuurstijging van het oppervlak. Die accumulatie van warmte is het directe gevolg van een toename van de concentratie broeikasgassen. Als opwarming zo wordt gedefinieerd, is er geen reden om aan te nemen dat er sprake is van een pauze van enige betekenis, zoals ik vorig jaar al eens constateerde.
De tweede vraag: verschijnen er niet ontzettend veel wetenschappelijke artikelen over die pauze? Het antwoord: dat valt best mee. De artikelen die er op één of andere manier aandacht aan besteden krijgen wel veel aandacht, zoals ik met dit blogstuk ook weer laat zien… Maar er is nog wel wat meer over te zeggen. Voor klimaatonderzoekers is alles wat er op dit moment onder onze ogen gebeurt in het klimaatsysteem natuurlijk een enorme bron van informatie. De afvlakking van de opwarming van het oppervlak (vooral van de oceaan) is dus een interessant onderzoeksonderwerp, dat regelmatig nieuwe informatie, ideeën en inzichten oplevert, die in wetenschappelijke artikelen wereldkundig worden gemaakt.
Het is wel goed om te beseffen dat het begin van een periode van snelle ontwikkeling van de klimaatwetenschap (door de komst van bijvoorbeeld satellieten en steeds betere en snellere computers, en allerlei andere nieuwe technologie) min of meer samenvalt met het begin van een periode van snelle opwarming. Dat we ondertussen in een periode zitten waarin het oppervlak minder snel opwarmt is – anders dan sommigen schijnen te denken – een bijzonder welkom geschenk voor de klimaatwetenschap. Het levert immers een schat aan nieuwe kennis en informatie op. Over de interne variabiliteit van het klimaat bijvoorbeeld, die ongetwijfeld een grote rol speelt bij schommelingen in de opwarmingssnelheid.
Zoals gezegd: de opwarming volgens die andere definitie, accumulatie van energie, is gewoon doorgegaan. Dat betekent dat de klimaatwetenschap nu, net als in de laatste decennia van de vorige eeuw, naar een klimaatsysteem kijkt met een energiebalans die niet in evenwicht is. De waarnemingen van een klimaatsysteem dat in evenwicht is, of zelfs energie verliest, zijn beperkt tot enkele korte perioden, bijvoorbeeld na de uitbarsting van Mount Pinatubo of tijdens de sterke El Niño van 1998. Dat maakt het zoeken naar patronen van interne variabiliteit lastig: de nieuwe megajoules die er overal steeds maar bijkomen kunnen het zicht belemmeren op de megajoules die zich binnen het systeem verplaatsen. Toch boekt de wetenschap ook op dit punt vooruitgang.
De hoofdrolspelers in de interne variabiliteit zijn de oceanen. De oceanen zijn immers het grote energiereservoir van het klimaatsysteem. Bovendien zijn ze altijd in beweging, horizontaal en verticaal, waarmee ze dus ook energie verplaatsen. Er zijn in de loop der tijd de nodige schommelingen in de energiehuishouding van oceanen geweest. De kunst is om dergelijke oscillaties zo goed mogelijk los te weken van de lange termijn trend van de stijgende temperatuur en accumulerende energie. Wetenschappers formuleren het meestal wat anders: zijn hebben het over het onderscheiden van interne variabiliteit versus geforceerde temperatuurveranderingen. Met dat laatste bedoelt men dan opwarming of afkoeling als gevolg van een verandering in de stralingsbalans aan de top van de atmosfeer.
Als de geforceerde veranderingen klein zijn ten opzichte van de interne variabiliteit is die laatste makkelijk te vinden: het is dan de schommeling rond het lange termijn gemiddelde. In het huidige klimaat is dat niet het geval. Daar is het de schommeling rond de lange termijn trend. Waarbij het nog maar de vraag is of die lange termijn trend lineair is. Of op elke plek op aarde hetzelfde. Om daar goed zicht op te krijgen zou er nog wel eens een eeuwtje of wat aan metingen nodig kunnen zijn. Wetenschappers die niet zo lang willen wachten zullen een slimme analyse moeten vinden.
Dat deden Steinman et al.. De titel van hun artikel geeft aan waar ze zich op concentreerden: “Atlantic and Pacific multidecadal oscillations and Northern Hemisphere temperatures”. Oscillaties over perioden van meerdere decennia in de oceanen op het noordelijk halfrond dus, en de invloed daarvan op het noordelijk halfrond in zijn geheel. De oscillatie in de noordelijke Atlantische Oceaan heet de AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation) en is op dit blog in discussies al met enige regelmaat voorbijgekomen. In de noordelijke Stille Oceaan is de PDO (Pacific Decadal Oscillation) een bekende oscillatie, maar die bestaat volgens Steinman uit twee componenten met een verschillende tijdsduur. Het onderzoek filtert relatief kortdurende schommelingen eruit waardoor de multidecadale component overblijft die dan ook, jawel, PMO (Pacific Multidecadal Oscillation) wordt genoemd. Temperatuurschommelingen op het noordelijk halfrond ten gevolge van interne variabiliteit op deze tijdschaal krijgen de naam NMO.
Het onderzoek bevestigt wat eerdere onderzoeken ook al lieten zien: vooral de interne variabiliteit in de Stille Oceaan heeft een aanzienlijke invloed op de temperatuur van het hele noordelijk halfrond. De afbeelding hieronder laat dat zien: de PMO (plaatje B) en NMO (plaatje C) lijken nogal veel op elkaar.
Interne variabiliteit van de Atlantische Oceaan (AMO) en Stille Oceaan (PMO) op het noordelijk halfrond en van het noordelijk halfrond als geheel (NMO).
Het laatste woord zal hiermee nog niet gezegd zijn over interne variabiliteit. En over “de pauze” evenmin. Het artikel is wel – en dat is veel interessanter dan dat eeuwige gebakkelei over korte termijn trends – een mooi voorbeeld van hoe de klimaatwetenschap werkt. Omdat er nu eenmaal geen laboratorium-aardes zijn en evenmin eeuwen aan nauwkeurige meetgegevens, moet men met inventief gebruik van de gereedschappen zo veel mogelijk kennis peuren uit de beperkte informatie die er wel is. In dit geval gebeurde dat met statistische analyses van zowel CMIP5 modelberekeningen als metingen.
Maar er is nog iets uit dat artikel vermeldenswaardig. Een opmerking die bijna terloops wordt gemaakt:
However, there is paleoclimate evidence suggesting that a La Niña–like response might arise from positive radiative forcing, and the possibility remains that state-of-the-art climate models fail to capture such a dynamical response to anthropogenic radiative forcing.
Ofwel: het zou kunnen dat de interne variabiliteit die de onderzoekers vinden niet (of niet helemaal) natuurlijk is, maar een reactie van de oceaan op de steeds maar doorgaande ophoping van warmte in het klimaatsysteem. Nog anders gezegd: geforceerde verandering en interne variabiliteit staan misschien niet helemaal los van elkaar: het eerste zou het tweede kunnen beïnvloeden. Er zijn aanwijzingen dat dit in de Stille Oceaan het geval is.
Dat geforceerde klimaatveranderingen invloed kunnen hebben op de opslag van warmte in en het transport van warmte door de oceanen is al lang bekend. Er is wel eens geopperd dat het smelten van ijs op Groenland tot het volledig stilvallen van de thermohaliene circulatie in de Atlantische Oceaan zou kunnen leiden. Inmiddels wordt de kans daarop zeer klein geacht, wat Hollywood niet verhinderde om in 2004 The Day After Tomorrow uit te brengen. In een “Climate Croks” video van Peter Sinclair leggen Stefan Rahmstorf, Michael Mann en Jason Box, hoofd- en co-auteurs van een onlangs in Nature Climate Change verschenen artikel, uit dat we ons niet bang moeten laten maken door die op hol geslagen Hollywood-fantasie, maar dat enige bezorgdheid over een afremmende Atlantische component van de “oceanische transportband” wel op zijn plaats zou kunnen zijn.
De twee afbeeldingen hieronder geven de indicatoren voor de Atlantische component van de thermohaliene circulatie die Rahmstorf et al. hebben vastgesteld voor twee perioden: ruim een millennium en bijna een eeuw.
Reconstructie van het temperatuurverschil van een stukje Atlantische Oceaan onder Groenland en het hele noordelijk halfrond. Rahmstorf et al. zien dit temperatuurverschil als een indicator van de circulatie in de Atlantische Oceaan
Indicatoren van de Atlantische circulatie: temperatuurreconstructies (blauw), temperatuurdata van NASA GISS (rood) en analyses van koralen (groen),
Meer informatie over dit onderzoek is te vinden in een blogpost van Stefan Rahmstorf op RealClimate, in een stuk van Jason Box op zijn eigen blog en op Climate Central.
Klimaatverandering 
Jan Zuidema zou waarschijnlijk schrijven dat hij nog nooit zoveel onzin gelezen heeft en dat weer de 60 jarige zonnecyclus onderbelicht is gebleven. Kennelijk zijn oscillaties over perioden van meerdere decennia (+/-3) in de noordelijke Atlantische Oceaan van veel grotere invloed.
Hoewel Jan volgens mij vaker reageert op het blog van Littikhuis zou het interessant zijn om te lezen hoe hij deze nieuwe inzichten “weegt”.
LikeLike
Hans,
je onderscheidt bij de eerste olifant in de kamer twee meet-strategieën om het globale temperatuurverloop vast te stellen: sonderen van landoppervlak, en sonderen van aardoppervlak. Vervolgens stel je dat er ook wel iets voor te zeggen is om het temperatuurverloop te definiëren in termen van accumulatie van warmte in het ‘hele’ systeem: atmosfeer + aardopervlak + diepzee. Als ik het goed begrijp is dat geen kwestie van sonderen maar van afleiden uit natuurwetten en slim analyseren van de dynamiek (trends, interne variabiliteit, etc.) in het globale warmtetransport. Over dat laatste gaat je blogstuk, met o.m. de bevinding
“…geforceerde verandering en interne variabiliteit staan misschien niet helemaal los van elkaar: het eerste zou het tweede kunnen beïnvloeden. Er zijn aanwijzingen dat dit in de Stille Oceaan het geval is.”
Een vraag:
– heb ik e.e.a. tot zover correct begrepen? D.i. een testcase voor mijn permanente educatie dus corrigeer me s.vp. waar ik de mist inga of dreig te gaan.
Daarnaast heb ik ook een opmerking maar die doe ik apart.
LikeLike
Hans,
hier mijn opmerking:
in je stuk merk je de co-incidentie op van een periode van snelle opwarming en een periode van snelle ontwikkeling van de klimatologie. Niet dat je het suggereert maar ik wil onderstrepen dat dit samenvallen geen toeval is: besef van de implicaties van snelle opwarming heeft geleid tot investering in en intensivering van klimatologisch onderzoek. Zie de voortreffelijke historische studie van Spencer Weart, The Discovery of Global Warming; hier de summary http://www.aip.org/history/climate/summary.htm
waaruit ik citeer:
“In the 1950s, Callendar’s claims provoked a few scientists to look into the question with improved techniques and calculations. What made that possible was a sharp increase of government funding, especially from military agencies with Cold War concerns about the weather and the seas. The new studies showed that, contrary to earlier crude estimates, carbon dioxide could indeed build up in the atmosphere and should bring warming. Painstaking measurements drove home the point in 1960 by showing that the level of the gas was in fact rising, year by year.”
Mijns inziens is dit een treffende illustratie van de relatie, d.w.z. de invloed over-en-weer van habitat en menselijke samenleving die in mijn recente gastblogstuk ‘AGW Revisited…etc.’centraal staat. Om het in termen van dat blogstuk te formuleren: de militaire instanties met hun “Cold War concerns about the weather and the seas” snapten de relatie habitat / leefgemeenschap verdomd goed. En ze percipieerden die relatie in totemistische termen: ‘the weather and the seas’, dat zijn wij. Historisch en etnografisch gezien nix nieuws onder de zon : )
LikeLike
Goff,
Het grote verschil tussen de (verandering van) de temperatuur van het oppervlak en (de verandering van) de warmte-inhoud van het hele klimaatsysteem is: het eerste is tweedimensionaal en het tweede driedimensionaal. Het is niet zo dat het een fundamenteel lastiger te bepalen is dan het andere. Als er een driedimensionaal beeld van de temperatuur van het klimaatsysteem zou zijn, zou het berekenen van de verandering van de energie-inhoud een fluitje van een cent zijn (bij wijze van spreken).
Omdat het grootste deel van de warmte in het klimaatsysteem in de oceanen zit is er vooral informatie nodig over de temperatuur van diepere oceaanlagen om veranderingen in de warmte-inhoud te kunnen bepalen. Het praktische probleem: zulke metingen zijn vrij complex, veel complexer dan oppervlaktemetingen in elk geval, en dus duur. Er is derhalve minder informatie en dus een wat grotere onzekerheid.
Wat betreft je andere punt: ik gaf de ontwikkeling van technologie als de verklaring voor de snelle ontwikkeling van de klimaatwetenschap in (ruwweg) het laatste kwart van de vorige eeuw. Dat is, realiseer ik me nu, de typische verklaring van een natuurwetenschapper: die technologische ontwikkeling leverde een schat aan informatie en analysemethodes op waardoor de wetenschap groter vorderingen maakte. Je hebt gelijk met je constatering dat ook politieke en maatschappelijke factoren een belangrijke rol speelden.
LikeLike
“”De eerste vraag: is er nu wel of geen pauze in de opwarming van de aarde? Het antwoord: inderdaad. Of, wat minder cryptisch: het is maar net hoe je er naar kijkt.””
Persoonlijk houdt ik het erop dat de pauze die we nu zien niet meer is dan ruis op het signaal van opwarming. Het is niks bijzonders. Het kwam eerder voor. Na 15 jaar of zo gaat dit over en begint de opwarming opnieuw.
De extra warmte komt vermoedelijk terecht in de diepzee. Modelmatig kun je dit voorstellen als een soort warmtepomp met 2 knoppen;
Negatief en de warmte gaat naar de diepzee en de opwarming van het oppervlak vertraagd.
Positief en warmte wordt ontrokken aan de diepzee en opwarming versneld.
Simpel een kind kan de was doen.
LikeLike
Hi Goff,
In aanvulling op wat Hans Custers al zegt: het is meer een semantische kwestie, dus wat bedoel je precies met het woordje ‘opwarming’ of met ‘klimaatverandering’. Hans omschrijft de verschillende betekenissen van die woorden ietwat badinerend en speels aan het begin van het bovenstaande blogstuk. Het is al wel vaker besproken, bijvoorbeeld in:
Hiaten in de temperatuurstijging?
Geert-Jan van Oldenborgh schrijft daar:
En daar ben ik het mee eens. De accumulatie van energie (voornamelijk van thermische energie, warmte) in alle compartimenten van het klimaatsysteem (dus oceaan + atmosfeer + land + cryosphere) is dé maat voor ‘opwarming van de aarde’. De bekende grafiek uit IPCC AR5 hoofdstuk 3 toont die accumulatie:
Het is dé maatstaf omdat de toename/tijdseenheid in deze grafiek het vermogen, dus de energie per tijdseenheid is: het aantal Joule/seconde ofwel het wattage. Het is de maat voor de mondiale netto stralingsonbalans aan de top van de atmosfeer: hoeveel minder Watt het klimaatsysteem verlaat… dan er binnenkomt.
Dit vermogen accumuleert in de loop van de tijd (vermogen * tijd = energie) dáárdoor in het klimaatsysteem, en voor > 90% in de oceaan. Het is goed om je daarnaast te realiseren dat er meerdere vormen van energie in het klimaatsysteem opgeslagen worden:
– thermische energie (warmte, waar we het meestal over hebben);
– ‘latent heat’ door de faseovergangen ijs -> water en water -> waterdamp;
– kinetische energie in de beweging van lucht- en watermassa’s;
– potentiële energie door grotere hoogte water/atmosfeer boven de aarde;
– chemische energie door opslag in bijv. koolstofverbindingen door fotosynthese.
De energie (voornamelijk warmte maar ook de andere vormen van energie) meet je in Joules en het vermogen in Joules/seconde (Watt). De temperatuur meet je in graden Celsius of Kelvin. 🙂
Wat je in deze grafiek van het IPCC ziet is dat de accumulatie van extra energie in het klimaatsysteem óók tijdens ‘de hiatus’ gewoon full-speed is doorgegaan: de hellingshoek in deze grafiek is na 1998 of 2000 bepaald niet minder geworden! Echter, relatief is er wat meer energie in de oceaan opgeslagen — en relatief iets minder in de atmosfeer. Die verdeling schommelt wat in de loop van de tijd.
LikeLike
Hi Goff,
Ik realiseer me nu dat ik je vraag niet precies beantwoord heb:
Het klopt dat ‘arbeid’ en dus ook ‘energie’, ‘warmte’ en ‘vermogen’ in de fysica afgeleide eenheden zijn:
http://nl.wikipedia.org/wiki/Natuurkundige_grootheden_en_eenheden
In groen staan de grondeenheden aangegeven, de andere eenheden zijn hieruit afgeleid. Zo is arbeid = kracht x weg en kracht = massa x versnelling, terwijl versnelling weer de verandering in snelheid per tijdseenheid is, dus een lengte per tijdseenheid in het kwadraat (meters per seconde, per seconde). En zo ben je dan weer bij de grondeenheden. 🙂
In de laatste kolom van deze tabel staat de dimensie van de natuurkundige grootheid, dus uitgedrukt puur en alleen in grondeenheden, aangegeven.
De in essentie verbijsterende maar essentiële natuurwet blijkt te zijn dat energie behouden blijft, hoewel het omgezet kan worden in verschillende vormen van energie. Wat je ook doet en waar je ook kijkt in het universum — overal blijkt empirisch dat de afgeleide grootheid energie niet verloren kan gaan en ook niet uit het niets kan ontstaan (in de speciale relativiteit is dat uitgebreid tot massa-energie).
Om je vraag te beantwoorden, het is dus ZOWEL een kwestie van:
a) sonderen (in de grondeenheden temperatuur, tijd, lengte en massa);
b) vervolgens daaruit de energie-inhoud berekenen in Joules (wat een afgeleide grootheid is).
Voor stap b is niet de “dynamiek (trends, interne variabiliteit, etc.)” van belang. Je vermenigvuldigt daar de massa van het gesondeerde water met de temperatuurtoename en met de soortelijke warmte van zeewater.
LikeLike
Hans, Bob,
dank voor de correcties! Ik snap e.e.a. natuurkundig inmiddels weer iets gedetailleerder. En ik begrijp dat de dynamiek in het klimaatsysteem irrelevant is voor calculatie van de globale warmte-inhoud en de stralings-balans.
Jullie blogstukken gaan vaak over de dynamiek: temperatuur-trends in de tijd en patronen in ruimtelijk energie-transport. Het is kennelijk de dynamiek die klimatologisch interessant is: het maken van theoretische doorsnedes in de compartimenten van het klimaatsysteem en het identificeren van (nieuwe) intra en inter-compartimentele verbanden. In die zin begrijp ik – correct of incorrect? – de relevantie van het onderzoek van Steinman et al. dat in Hans’ blogstuk wordt besproken. En waaruit blijkt, ik citeer
“…geforceerde verandering en interne variabiliteit staan misschien niet helemaal los van elkaar: het eerste zou het tweede kunnen beïnvloeden. Er zijn aanwijzingen dat dit in de Stille Oceaan het geval is.”
Iets dat me door deze gedachtenwisseling nog duidelijker is geworden is waar ik elders al op ben gecorrigeerd. Klimatologie is meer dan ‘strikt fysisch en chemisch onderzoek’ – zoals ik daar veronderstelde. Weer een stukje terra incognita alhier veroverd ; )
LikeLike
Goff,
Wat betreft je opmerking over dynamiek: alles in het klimaat is dynamiek. De drijvende kracht van alles in het klimaatsysteem is immers de permanente in- en uitstroom van een enorme hoeveelheid zonlicht en de ongelijke verdeling daarvan over het aardoppervlak.
Waar het, denk ik, in de klimaatwetenschap vooral om draait is: begrijpen welke processen en factoren op welke schaalniveaus een significante rol spelen. De schaalniveaus waarop de dynamiek zich afspeelt variëren daarbij van minder dan een uur en een vierkante kilometer (de kleinere tornado’s bijvoorbeeld) tot millennia en de hele aarde (de afwisseling van glacialen en interglacialen).
Het onderzoek van Steinman identificeert (of probeert dat; het is natuurlijk altijd mogelijk dat vervolgonderzoeken op iets anders uitkomen) de dynamiek op een tijdschaal van meerdere decennia en een geografische schaal van (de oceanen op) het noordelijk halfrond.
En nog even dit: de (mogelijke) interactie tussen geforceerde veranderingen en interne variabiliteit wordt door Steinman genoemd onder verwijzing naar ander (paleoklimatologisch) onderzoek. M.a.w. ze vinden het belangrijk om dat punt aan te stippen, maar het is niet iets dat uit hun eigen onderzoek volgt.
LikeLike
“”(de favoriete temperatuurdata van zelfverklaard scepticus Anthony Watts, dat wil zeggen: tot het moment dat die data er daadwerkelijk waren)””
Wat is de toegevoegde waarde om meneer Watts de grond in te trappen. De beste man doet niet eens mee in dit verhaal en dit debat. De heer A. Watts gebruik zijn grondwettelijk recht om zijn mening weer te geven en dat hij zich daar voor laat betalen is geen enkel probleem. Het runnen van een weblog kost tijd en zoals de Amerikanen zeggen “Time is money”. Laten we het bij feiten, opinies en wetenschap houden dat is veel leuker en zoals ik mijn ander blog (http://climate-changing.tumblr.com) ook zeg “science is cool”
Keep it nice, keep het cool.
LikeLike
@Raymond,
Je hebt overduidelijk de link onder dat stukje tekst niet gelezen en de links die je daarin weer kunt vinden. Het gaat helemaal niet over ‘dat hij zich daarvoor laat betalen’, het gaat om de enorm inconsequente houding van Watts t.o.v. de BEST temperatuurdata, die uiteindelijk alleen bevestigden wat andere datasets (NASA GISS, HadCRUT, NCDC) hadden laten zien: opwarming. En dat beviel Watts blijkbaar helemaal niet.
Meer info bijv. hier:
http://www.skepticalscience.com/BEST-October-2011.html
http://skepticalscience.com/the-best-kind-of-skepticism.html
LikeLike
@Raymond, die zegt: “Laten we het bij feiten, opinies en wetenschap houden”
Nou, nee. Laat de opinies maar fijn thuis. En zeker ‘in dit verhaal’.
LikeLike