Een nieuwe analyse van de klimaatgevoeligheid

Waarschijnlijkheidsverdeling voor de opwarming in 2089 t.o.v. de pre-industriële periode bij verschillende emissiescenario’s. Bron: Sherwood et al.

Afgelopen week kwam er een artikel uit van een team van 25 klimaatwetenschappers. Of eigenlijk is het meer een rapport: het is 166 pagina’s lang. Laat ik beginnen met een bekentenis. Ik heb het nog niet in zijn geheel gelezen. Dit stuk is mede gebaseerd op wat de auteurs er zelf over schrijven op Carbon Brief en RealClimate.

De conclusie van het onderzoek: het 66%-waarschijnlijkheidsinterval – dat is de “likely range” in de terminologie van het IPCC – voor de klimaatgevoeligheid is 2,6 – 3,9°C. Na een extra gevoeligheidsanalyse – het artikel spreekt van een test op robuustheid – wordt dat 2,3 – 4,5°C.

De klimaatgevoeligheid is de temperatuurstijging die het gevolg is van een verdubbeling van de CO2-concentratie. Evenwichtsklimaatgevoeligheid (ECS, van equilibrium climate sensitivity) is de klimaatgevoeligheid als die wordt berekend over een periode van duizenden jaren. Zo lang duurt het tot het klimaatsysteem helemaal in evenwicht is, na een verandering van de CO2-concentratie. Om praktische redenen berekent men in dit onderzoek de zogenaamde effectieve klimaatgevoeligheid (afgekort als S). Die benadert de ECS, maar is iets lager.

De grafiek hieronder geeft de waarschijnlijkheidsverdeling van de effectieve klimaatgevoeligheid volgens deze analyse. De zwarte curve geeft de uitkomst van de basis-analyse. De gekleurde curves geven resultaten van de gevoeligheidsanalyse weer: in die gevoeligheidsanalyse is onderzocht hoe het resultaat zou kunnen veranderen als bepaalde bewijslijnen buiten beschouwing worden gelaten of als onzekerheden anders worden ingeschat. De drie lijnen bovenin geven het 66%-waarschijnlijkheidsinterval weer voor achtereenvolgens het resultaat van de basisanalyse, dat resultaat rekening houdend met de gevoeligheidsanalyse en de klimaatgevoeligheid volgens IPCC AR5.

Waarschijnlijkheidsverdeling van de effectieve klimaatgevoeligheid volgens Sherwood et al. Bovenaan: het 66%-waarschijnlijkheidsinterval volgens achtereenvolgens de basis-analyse, de test op robuustheid en IPCC AR5. Daaronder: resultaat van de basis-analyse in zwart, resultaat van delen van de test op robuustheid in verschillende kleuren.

Het slechte nieuws: een heel lage klimaatgevoeligheid, onder de 2°C, is erg onwaarschijnlijk. Het goede nieuws: het is ook erg onwaarschijnlijk dat de klimaatgevoeligheid veel hoger is dan 4,5°C. Er is dus geen reden voor paniek omdat sommige klimaatmodellen van de nieuwste generatie op zo’n hoge klimaatgevoeligheid uitkomen. Deze analyse ziet geen aanwijzingen dat die modellen het bij het juiste eind hebben. De waarschijnlijkheidsverdeling is asymmetrisch. Dat wil zeggen dat er wat meer kans is op een mogelijke tegenvaller dan op een mogelijke meevaller.

De klimaatgevoeligheid wordt in dit onderzoek bepaald uit drie verschillende bewijscategorieën: de waargenomen opwarming sinds de late negentiende eeuw, paleoklimatologische reconstructies en kennis van de fysica in het klimaat.

Voor de eerste twee bewijscategorieën is het bepalen van de klimaatgevoeligheid gebaseerd op het simpele gegeven dat er informatie is over hoeveel de CO2-concentratie is gestegen en hoeveel de temperatuur is veranderd. Om uit die twee de klimaatgevoeligheid te berekenen moet er wel nog rekening worden gehouden met wat complicaties, zoals de traagheid in het klimaatsysteem en het feit dat er behalve CO2 nog andere factoren mee kunnen spelen. Maar dat soort berekeningen is vaker gedaan, dus veel nieuws is hier niet aan de hand.

Dat is anders voor de berekening op basis van fysica. Die is niet gebaseerd op modelsimulaties, maar op de onderliggende fysische kennis. De fysica van het klimaat is ontleed in de losse elementen die bepalend zijn voor de klimaatgevoeligheid: het initiële opwarmende effect van een hogere CO2-concentratie en de verschillende terugkoppelingen die die initiële opwarming versterken of verzwakken. Van elk elementje is bekeken hoe groot het is en welke onzekerheden er in zitten, waarna alle elementjes weer bij elkaar werden gevoegd tot de klimaatgevoeligheid. Of beter: tot een waarschijnlijkheidsverdeling van de klimaatgevoeligheid.

De afbeelding hieronder, overgenomen van Carbon Brief, geeft de klimaatgevoeligheid weer zoals die uit de individuele bewijslijnen is bepaald.

Klimaatgevoeligheid volgens afzonderlijke bewijslijnen. Bron: Carbon Brief op basis van Sherwood et al.

Een heel hoge of heel lage klimaatgevoeligheid is onwaarschijnlijk, zo blijkt uit dit onderzoek, maar niet met absolute zekerheid uit te sluiten. De klimaatgevoeligheid zou heel laag kunnen zijn (1,5°C of lager) als aan al deze drie voorwaarden wordt voldaan:

  • Er is een onbekende, tot op heden nergens waargenomen terugkoppeling van bewolking die de opwarming verzwakt.
  • Het afkoelende effect van menselijke emissies van aerosolen is klein, in de buurt van de ondergrens die aannemelijk wordt geacht.
  • Paleoklimatologisch onderzoek overschat historische veranderingen van de temperatuur, of het klimaat is in zijn huidige toestand veel minder gevoelig dan het in de geologische geschiedenis van de aarde was.

Voor een heel hoge klimaatgevoeligheid (hoger dan 4,5°C) moet aan al deze voorwaarden worden voldaan:

  • De versterkende terugkoppeling van bewolking is groter dan tot dusver blijkt uit modelstudies en waarnemingen.
  • Het afkoelende effect van menselijke emissies van aerosolen is groot, in de buurt van de bovengrens die aannemelijk wordt geacht.
  • Het afkoelende effect van de grotere ijskappen en van stof tijdens de laatste ijstijd is aanzienlijk overschat, of het klimaat is in zijn huidige toestand veel gevoeliger dan het in koude periodes in de geologische geschiedenis van de aarde was.

De verschillende bewijslijnen die er zijn voor de klimaatgevoeligheid worden in deze methode op een consistente manier gecombineerd, via een statistische methode. Tot nu toe waren dergelijke gecombineerde schattingen gebaseerd op expert judgement. De nieuwe methode is relatief eenvoudig en inzichtelijk en daardoor vrij makkelijk toepasbaar in toekomstig onderzoek. Nieuwe inzichten en onderzoeksresultaten kunnen eenvoudig in de berekening worden ingevuld om te zien welke uitwerking ze hebben op de klimaatgevoeligheid. Zonder dat daar complexe modelsimulaties voor nodig zijn.

Klimaatwetenschapper Adam Levy licht het onderzoek in de video hieronder toe:

4 Reacties op “Een nieuwe analyse van de klimaatgevoeligheid

  1. Bob Brand

    Hi Hans,

    Veel dank voor dit heldere blogstuk over de nieuwste analyse van de meest waarschijnlijke klimaatgevoeligheid: 2,3 – 4,5°C per verdubbeling van de CO2-concentratie.

    Zoals je al vermeldt, zijn daar vele onderzoeken aan vooraf gegaan waarvan we het merendeel al ’s besproken hebben. Zo is er IPCC AR5 uit 2013 waar men op 1,5 – 4,5°C uitkwam en zijn er meerdere studies van Reto Knutti (ETH Zürich) en collega’s. Knutti is mede-auteur van het nieuwe onderzoek dat je bespreekt. Knutti et al vatten in eerdere studies ook een grote reeks aan onderzoeken samen, geordend per methodiek ofwel bewijslijn.

    Hier bijvoorbeeld de ECS uit 2017 ‘Beyond equilibrium climate sensitivity’ van Knutti en collega’s (https://www.nature.com/articles/ngeo3017):

    Opvallend in al deze studies is dat de onzekerheid naar boven toe — de ‘fat tail’ in de kansverdeling — groter is dan de onzekerheid naar beneden. Deze figuur laat dat ook zien.

    Even over het inschatten van de temperatuurstijging als gevolg van de extra broeikasgassen: het gaat uiteindelijk om het geheel aan forcering door alle broeikasgassen samen: CO2, CH4, N2O, O3 etc. Dat wordt nog wel ’s vergeten indien men alleen naar de CO2-concentratie kijkt, het extra methaangas doet ook een duit in het zakje. Het is dan ook eerder de CO2-equivalent waarde vermenigvuldigd met de ECS klimaatgevoeligheid, die de opwarming in 2100, 2150 etc. gaat bepalen.

    CO2-equivalent is momenteel ongeveer gelijk aan 480 ppm CO2-eq, terwijl als je alleen naar CO2 kijkt dit ca. 415 ppm is: https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/

  2. Lennart van der Linde

    Hans, Bob,

    David Spratt wijst erop dat Sherwood et al 2020 naast ECS en S ook nog spreken over ESS (Earth System Sensitivity), waarin ook feedbacks op langere termijn meegenomen worden: https://www.resilience.org/stories/2020-07-28/are-worst-case-climate-scenarios-less-likely-as-media-reports-of-a-new-scientific-paper-suggest/

    De ESS is volgens Sherwood et al naar schatting 1,4-1,5 keer hoger dan de effectieve kortere termijn klimaatgevoeligheid (S), en mogelijk zelfs tot twee keer hoger. Bovendien zou S (en wellicht ook ESS?) afhankelijk kunnen zijn van de staat van het klimaat en misschien ook van de snelheid waarmee dat klimaat verandert: “the relationship between forcing and temperature response might not be linear, indicating that sensitivity depends on the background climate state and/or the efficacy of the forcings.”

    Sherwood et al schatten een circa 17% kans dat S hoger is dan 4,5 graad Celsius. De kans op een ESS van 6,75 C (=4,5*1,5) is dan wellicht ook circa 17%. Daarbij zeggen ze expliciet: “Although we are more confident in the central part of the distribution, the upper tail is important for quantifying the overall risk associated with climate change and so does need to be considered (e.g., Weitzman, 1989; Sutton, 2019).”

    De vraag is of de risico’s van een relatief hoge klimaatgevoeligheid op kortere en langere termijn al voldoende in het Europese en mondiale klimaat- en energiebeleid zijn meegewogen. Mijn indruk is van niet: we lijken er nog steeds vooral op te gokken/hopen dat het wel mee zal vallen met die klimaatgevoeligheid. Of andersom: misschien schatten we de risico’s van een sterker klimaat- en energiebeleid overdreven hoog in?

  3. Hans Custers

    Lennart.

    ESS lijkt me niet de meest relevante maat voor beoordeling van de risico’s. Het risico zit ‘m immers grotendeels in de snelheid van opwarming. En dus lijkt het me redelijk om vooral naar de te verwachten verandering op basis van relatief snelle processen te kijken.

    Dat de toestand van het klimaat nu anders zou kunnen zijn dan in het verleden is een van de onzekere factoren die ook in mijn blogstuk worden genoemd. Het is een van de voorwaarden waaraan moet worden voldaan voor een heel lage of een heel hoge klimaatgevoeligheid.

    Of de risico’s van een hoge klimaatgevoeligheid voldoende zijn meegewogen is een politieke en geen wetenschappelijke vraag.

  4. Lennart van der Linde

    Hans,
    Je wees zelf inderdaad ook al op de mogelijke state dependency van de klimaatgevoeligheid. En ook ik denk dat de kortere termijn risico’s in principe inderdaad relevanter zijn dan de langere termijn risico’s. Niettemin lijkt het me wel relevant om ook die langere termijn risico’s bewust in te schatten en mee te wegen. Juist door de uitzonderlijk hoge snelheid van de huidige CO2-stijging in de atmosfeer kunnen effecten die in het verleden pas op langere termijn optraden nu misschien al eerder optreden.

    Of de risico’s van een hoge klimaatgevoeligheid en de risico’s van een snelle energietransitie voldoende zijn meegewogen is volgens mij niet alleen een politieke vraag. De uiteindelijke afweging van diverse risico’s is politiek. De inschatting van die risico’s is wetenschappelijk, zoals bv Sutton 2019 (waarnaar Sherwood et al verwijzen) beargumenteert: https://journals.ametsoc.org/bams/article/100/9/1637/344828/Climate-Science-Needs-to-Take-Risk-Assessment-Much

    Mijn vraag is vooral of de politiek en maatschappij voldoende op de hoogte zijn van de wetenschappelijke risico-inschattingen rond de klimaatgevoeligheid en snelheid van de energietransitie. Pas als die kennis voldoende breed bekend is, kan een wetenschappelijk gegronde afweging van de risico’s gemaakt worden.

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