De hogere klimaatgevoeligheid van de nieuwste generatie klimaatmodellen

Al sinds maart vorig jaar komt het nieuws met enige regelmaat voorbij op klimaatwebsites en in de wetenschappelijke literatuur: de nieuwste generatie klimaatmodellen komt uit op een hogere klimaatgevoeligheid dan vorige generaties. Dat blijkt uit resultaten van het CMIP6-project, die het afgelopen jaar geleidelijk aan binnengekomen zijn. Onderstaande grafiek van Carbon Brief geeft een overzicht, op basis van modelresultaten die begin december beschikbaar waren. Naast de hogere klimaatgevoeligheid die door een aantal modellen wordt berekend valt ook de grotere spreiding op. De ondergrens van het modelensemble ligt 0,3 °C lager dan bij de CMIP5 modellen.

CMIP staat voor Coupled Model Intercomparison Project. Het project is toe aan zijn vijfde ronde (CMIP4 is overgeslagen, naar verluidt om de nummering in overeenstemming te brengen met die van IPCC-rapporten, overigens is er tussen CMIP5 en 6 nog wel een zijstraatje geweest dat C4MIP werd genoemd), waarin 49 onderzoeksgroepen samenwerken die een of meerdere klimaatmodellen hebben ontwikkeld. In totaal worden ongeveer 100 verschillende modellen vergeleken. Om de modellen te kunnen vergelijken voeren ze allemaal een serie gestandaardiseerde simulaties uit. Verder kunnen deelnemende onderzoeksgroepen ervoor kiezen om een of meer extra simulaties uit te voeren uit een serie aangeboden opties.

De planning van CMIP wordt afgestemd op die van het IPCC. Op die manier kan – als alles goed gaat tenminste, CMIP6 schijnt nogal achter te lopen op de oorspronkelijke planning – het IPCC recente simulaties van een groot aantal modellen meenemen in zijn rapportages. Maar dat is niet het enige nut van de vergelijking. Waar het voor het IPCC wel zo eenvoudig zou zijn als de verschillende modellen allemaal identieke resultaten op zouden leveren, zijn wetenschappelijk gezien de verschillen juist interessant.

De modellen zijn allemaal gebaseerd op dezelfde natuurwetenschap. Wel zijn er verschillen in de factoren die een model meeneemt in de berekening: earth system models kijken bijvoorbeeld ook naar mogelijke terugkoppelingen in de koolstofcyclus, terwijl general circulation models dat niet doen. Ook kunnen er verschillen ontstaan als gevolg van keuzes die modelontwikkelaars maken over hoe ze factoren behandelen waarover nog aanzienlijke wetenschappelijke onzekerheid is, of hoe ze processen modelleren (of in jargon: parametriseren) die zich afspelen op een schaalniveau dat kleiner is dan de modelresolutie. Vanwege de complexiteit van de huidige klimaatmodellen is het niet zo simpel om de vinger te leggen op de precieze oorzaken van verschillen. Dat vereist het nodige spitwerk in details, waarbij modellen meestal niet alleen met elkaar worden vergeleken, maar ook met waarnemingen. Zo kunnen verschillen niet alleen worden verklaard, maar kan ook worden beoordeeld welke modellen een bepaald detail van het klimaatsysteem het beste simuleren.

Via dit proces zijn de modellen sinds de vorige CMIP-ronde verder verbeterd. Of dat was in elk geval de bedoeling. Dat zo veel modellen onafhankelijk van elkaar op een hogere klimaatgevoeligheid uitkomen geeft stof tot nadenken. Hoe kan het dat zoveel modellen nu op een hogere klimaatgevoeligheid uitkomen dan in het verleden; een aantal zelfs boven de 4,5°C, de bovengrens van wat tot nu toe waarschijnlijk werd geacht? Is er in het verleden iets over het hoofd gezien dat nu wel in de meeste modellen is verwerkt en zijn de huidige schattingen dus beter? Of is er bij het implementeren van nieuwe kennis juist iets in de modellen geslopen waardoor ze minder nauwkeurig zijn geworden? Wegen sommige nieuwe inzichten, al zijn ze op zich wel juist, misschien te zwaar door in de modelsimulaties? De oorzaak zou ook buiten de modellen zelf kunnen liggen, bijvoorbeeld in de wijze waarop klimaatgevoeligheid wordt berekend uit modelresultaten.Dat laatste lijkt vooral een theoretische mogelijkheid omdat er niets veranderd is in die rekenmethode, maar behoedzaam als wetenschappers zijn sluiten ze het niet helemaal uit.

Een duidelijk antwoord zal nog wel een tijd op zich laten wachten. Wel zijn er al vermoedens. De hoofdverdachte: bewolking. Bewolking is een van de meest onzekere factoren in het klimaat en dus een belangrijk onderwerp van onderzoek. Veel van de recente wijzigingen in modellen zullen hier dan ook mee te maken hebben. Een artikel van begin januari dit jaar vindt aanwijzingen dat hier de sleutel ligt en dan met name in simulaties van bewolking boven de Zuidelijke Oceaan. De afbeelding hieronder uit dat artikel vergelijkt de versterkende terugkoppeling van bewolking (naar breedtegraad) uit CMIP5 en CMIP6-modellen. (Het SW in de titel van de grafiek staat voor short wave, ofwel de hoeveelheid invallend zonlicht.)

Maar hiermee is er hooguit een begin van een antwoord. Er zal nog onderzocht moeten worden of de huidige modellen de bewolking wel echt beter simuleren dan ze in het verleden deden. En als ze dat doen, dan staat nog niet vast dat ze oorzaak en gevolg ook goed simuleren. Een afname van de hoeveelheid bewolking kan namelijk verschillende oorzaken hebben. Er zijn aanwijzingen dat de hoeveelheid bewolking afneemt in een warmer klimaat, bewolking is dan een terugkoppeling in het klimaatsysteem die de opwarming versterkt. Een complicatie is het zogenaamde pattern effect: verschillen in de snelheid waarmee en mate waarin verschillende gebieden opwarmen. Veranderingen in wolkenpatronen spelen daarbij een belangrijke rol en die kunnen direct samenhangen met die terugkoppeling. Maar in sommige delen van de wereld zou er ook sprake kunnen zijn van een overgangsverschijnsel. Die mogelijkheid speelt bijvoorbeeld in kustgebieden, waar de atmosferische circulatie kan veranderen omdat land sneller opwarmt dan de oceanen. Als, over enkele decennia of misschien nog langer, het land een nieuwe evenwichtstemperatuur heeft bereikt zal het oceaanoppervlak nog een tijd verder opwarmen. Mogelijk keren sommige veranderingen na verloop van tijd dan weer om. En dan zijn er ook nog aerosol-emissies die in sommige gebieden een factor van betekenis zijn.

Er zijn wat redenen gevonden om te vermoeden dat die gevoelige modellen te gevoelig zijn. De modellen met een hoge klimaatgevoeligheid lijken het historische klimaat minder goed te simuleren. Er is zelfs gesuggereerd – en, voor wie dat mocht denken, niet vanuit een of andere denktank of lobby-club, maar door serieus te nemen klimaatwetenschappers – dat de CMIP6-resultaten aanleiding kunnen zijn om de bovengrens van de geschatte overgangsklimaatgevoeligheid (kort gezegd de klimaatgevoeligheid op de relatief korte termijn van een halve tot een hele eeuw) naar beneden bij te stellen. Anderen zijn daar nog allerminst van overtuigd.

Het is, dat is wel zeker, een complexe puzzel, waar de klimaatwetenschap nog een hele tijd zoet mee zal zijn.De auteurs van werkgroep I voor het komende IPCC-rapport, dat gepland is voor april 2021, hebben die tijd niet. Zij zullen op basis van de informatie die er nu is moeten beslissen hoe ze de nieuwe modelresultaten meewegen. Ik waag me maar niet aan een voorspelling hoe ze dat zullen doen.

10 Reacties op “De hogere klimaatgevoeligheid van de nieuwste generatie klimaatmodellen

  1. Jan van marrewijk

    Als ik jullie leest voel ik me net als GALLILEE

  2. lieuwe hamburg

    Het zijn steeds weer de wolken en waarom ik dan precies als eerste op die link klik in het artikel (laatste in de eerste rij) is vreemd. Ik leest en schrijft waarschijnlijk net zo apart als Jan van Marrewijk.

    https://www.imperial.ac.uk/news/194738/thanks-clouds-climate-simulations-predict-more/

  3. Een vraag als leek

    De mens is voorlopig nog niet op nul uitstoot wat CO2 betreft. Ondertussen worden andere factoren belangrijker, minder weerkaatsing door minder wit oppervlak op de noordpool, methaanuitstoot op ontdooiende Siberische steppes, warmere oceanen die meer waterdamp afgeven, …
    In een eerder artikel hier las ik dat de temperatuurstijging +/- tot stilstand komt wanneer de mensheid de CO2 tot nul heeft terug weten te brengen, na 2150 of 2100.
    Kan het dan toch niet zijn dat de andere factoren zo’n ‘eigen leven’ zijn gaan leiden, dat de stijging van de gemiddelde temperatuur gewoon doordaat? En tot hoeveel en wanneer dan?
    Zoals ik dit artikel lees, is waterdamp een redelijk onzekere factor.
    Voor zover ik begrijp, is waterdamp net als CO2 een broeikasgas.
    Dus ik neem maar aan dat het meer inkomende warmte doorlaat, dan uitgaande warmte tegenhoudt !?
    Ik heb ook al wel gelezen (niet gestudeerd) dat er kantelpunten zijn waarna dingen niet meer ‘hersteld’ kunnen worden.
    En al eerder dat diverse klimaatmodellen eerder te voorzichtig zijn dan te ‘schreeuwerig’.
    Dus: is de mammoettanker überhaupt nog om te keren/af te remmen ?

  4. Hans Custers

    Compaan,

    Je snijdt een interessant maar complex onderwerp aan. De opwarming zal niet direct stoppen als emissies stoppen, omdat de oceanen zoveel warmte op kunnen nemen. Het duurt daarom nog lang tot de temperatuur van het oceaanoppervlak in evenwicht is met de CO2-concentratie. Aan de andere kant: als emissies nu ogenblikkelijk zouden stoppen zouden oceanen en biosfeer nog wel wat CO2 opnemen en zou de concentratie wat dalen.

    Dit is het meeste zekere naijl-effect dat de komende eeuwen een rol kan spelen, maar hoe groot het is hangt af van hoe snel en hoe veel de CO2-concentratie nog kan stijgen.

    Het meest extreme scenario zou een helemaal op hol geslagen broeikaseffect zijn. Al het water in de oceanen verdampt daarin en versterkt op die manier meer en meer het broeikaseffect. Waardoor de aarde op Venus zou gaan lijken. Dit wordt door de wetenschap zo goed als uitgesloten.

    Daar tussenin zit nog het scenario waarin grote hoeveelheden methaan en/of CO2 vrijkomen uit ontdooiende poolgebieden. Het werd wel eens een “methaanbom” genoemd. Dat is niet ondenkbaar, maar een echte bom wordt het waarschijnlijk niet. Als het zou gebeuren zou het vermoedelijk in een periode van enkele eeuwen plaatsvinden, in plaats van in een enorme klap.

    Het lastige van dit alles is dat we op weg zijn naar een klimaat dat we niet kennen. De wetenschap kan op basis van de kennis die er is aangeven wat er mogelijk zou zijn, maar met een nauwkeurigheid van bijvoorbeeld 1°C aangeven waar zo’n kantelpunt zou kunnen liggen is bijzonder complex. Hoe meer opwarming, hoe minder het is uit te sluiten dat er zo’n kantelpunt in beeld komt. Veel meer duidelijkheid is er helaas niet te bieden.

    Wat de mammoettanker betreft. De vraag is misschien wel vooral of het probleem hem in de traagheid van de tanker zit, of in die van de kapiteins die aan het roer staan. In 1979 was er al een advies aan de regering van de VS dat waarschuwde voor klimaatverandering (het Charney-rapport), het eerste IPCC-rapport kwam uit in 1990. En uiteindelijk is pas in 2015, met het akkoord van Parijs, echt een aanzet gedaan om het roer om te gooien.

  5. Hans Custers,
    Misschien staan de beste stuurlui hier niet aan het roer maar zijn ze metingen aan het doen 😉
    Sowieso weten we natuurlijk niet wat de toekomst ons gaat brengen op demografische ontwikkelingen en bijvoorbeeld vulkaanuitbarstingen.
    Ik weet ook niet hoe groot de effecten van plaattectoniek zijn, of die überhaupt relevant zijn of verwaarloosbaar en/of dat in de modellen wordt meegenomen.
    Maar zijn dit soort zaken enigzins in klimaatmodellen te ‘duwen’ en kunnen die dan enigzins betrouwbare scenario’s produceren?

  6. Hans Custers

    Compaan,

    Processen als plaattektoniek of Milanković-cyli hebben allen invloed op geologische tijdschalen: duizenden jaren of nog meer. Er is dus geen reden om ze mee te nemen in modelsimulaties over een periode van enkele eeuwen.

    De toekomst is inderdaad ongewis en voor wat het klimaat betreft is de mens naar alle waarschijnlijkheid de meest onzekere factor. Dat is de reden waarom de klimaatwetenschap met verschillende scenario’s rekent. Die geven een idee van wat er kan gebeuren bij een bepaald verloop van de toekomstige emissies. Zonder dat er ook werkelijk uitspraken worden gedaan over hoe die emissies zich zullen ontwikkelen.

  7. Bob Brand

    Beste Compaan,

    Er zijn nogal wat studies naar de effecten van toekomstige grote vulkanische erupties — in zekere zin zit dit al in de klimaatmodellen:

    https://www.geosci-model-dev.net/9/2701/2016/

    Wat men doet, is aannemen dat er een aantal forse vulkaanuitbarstingen gaan komen — ruwweg net zo vaak als tijdens de 19e en 20ste eeuw. In de ‘input data’ voor het draaien van de CMIP5 en CMIP6 klimaatsimulaties zitten die ‘voorgeprogrammeerde’ erupties, met de bijbehorende ‘volcanic forcing’.

    Uiteraard weet men niet wanneer de erupties gaan komen — in 2022 of 2082 of zo. Maar men weet wel hoe vaak (!) die dingen gemiddeld optreden, en hoeveel koelende aërosolen daarbij dan in de stratosfeer komen.

    Dus is er een ‘gestandaardiseerde’ verzameling invoer-gegevens zodat de verschillende klimaatmodellen allemaal uitgaan van dezelfde concentraties + vulkanische erupties, en men bij het beoordelen van de modelresultaten appels-met-appels vergelijkt.

  8. Bob Brand,
    GeoScientific Model Development is een interessante site. Dank!

  9. Lennart van der Linde

    Beste Compaan,
    Een recent wetenschappelijk artikel over kantelpunten is Lenton et al 2019 in Nature:
    https://www.nature.com/articles/d41586-019-03595-0

    Zij zeggen onder meer:
    “Some early results from the latest climate models — run for the IPCC’s sixth assessment report, due in 2021 — indicate a much larger climate sensitivity (defined as the temperature response to doubling of atmospheric CO2) than in previous models. Many more results are pending and further investigation is required, but to us, these preliminary results hint that a global tipping point is possible.

    To address these issues, we need models that capture a richer suite of couplings and feedbacks in the Earth system, and we need more data — present and past — and better ways to use them. Improving the ability of models to capture known past abrupt climate changes and ‘hothouse’ climate states should increase confidence in their ability to forecast these.

    Some scientists counter that the possibility of global tipping remains highly speculative. It is our position that, given its huge impact and irreversible nature, any serious risk assessment must consider the evidence, however limited our understanding might still be. To err on the side of danger is not a responsible option […]

    We argue that the intervention time left to prevent tipping could already have shrunk towards zero, whereas the reaction time to achieve net zero emissions is 30 years at best. Hence we might already have lost control of whether tipping happens. A saving grace is that the rate at which damage accumulates from tipping — and hence the risk posed — could still be under our control to some extent.”

    Mijn indruk is dat dit een redelijke weergave is van de huidige stand van de wetenschappelijke discussie.

  10. @Lennart,
    Dank ook, interessant.
    Ik ga er doorgaans vanuit dat als ik een vraag kan bedenken, er ws al boekenkasten over volgeschreven staan 😉

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 )

Google photo

Je reageert onder je Google 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 )

Verbinden met %s