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:

9 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.

  5. G.J. Smeets

    Lennart,

    “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.”

    Die afweging van de risico’s is allang gemaakt. Iedereen weet dat + 1,5°-2°C onafwendbaar is; de wereldwijde energietransitie is op die kennis gebaseerd. Of de klimaatgevoeligheid nauwkeuriger gekwantificeerd kan/zal worden dan de 2°C-4,5°C bandbreedte (zie blogstuk) is risico-analytisch niet meer relevant. En ook niet het tempo van de energietransitie naar zero CO2 emissie.

    Zoals Bob hierboven al aangaf, CO2 is bepaald niet het enige broeikasgas. Maar het heeft er wel voor gezorgd dat hier en daar op het hoge noordelijke halfrond methaan uit de smeltende permafrost begint op te stijgen. En methaan is vele malen effectiever dan CO2 wat betreft broeikas-effect.

  6. Lennart van der Linde

    Goff,
    De risico-afweging is in de kern volgens mij: hoeveel extra inspanning zijn we in de komende jaren/decennia bereid/in staat te doen om de kans op desastreuze gevolgen later nog zoveel mogelijk te beperken? De afspraken van Parijs zijn gebaseerd op een hele algemene inschatting van die kosten-baten-verhouding, maar moeten nu verder geconcretiseerd worden. In de EU gaat het dan bv om de vraag of het doel van 40% reductie in 2030 omhoog moet naar 55%, zoals de Commissie voorstelt, of naar 60%, zoals het Parlement wil, of slechts naar 50%, zoals sommige lidstaten liever zien.

    Ook die afwegingen zijn weer gebaseerd op kosten-baten-inschattingen, en op een idee van de verdeling van die kosten en baten. Mijn indruk is niet dat politiek- en maatschappij-breed al een redelijk gedeeld beeld bestaat van die kosten, baten en verdeling daarvan, en van de daarmee samenhangende risico’s, of zelfs maar onder experts. Om tot zo’n breder gedeeld beeld te komen is nog wel wat discussie en getouwtrek nodig.

    Als bijdrage aan die discussie adviseert het Duitse Milieuagentschap nu om in te zetten op minimaal 60% reductie in 2030:
    https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/376/publikationen/w_p_04_paper_raising_the_eu_2030_ghg_emission_reduction_target_with_german-language_summary_rev.pdf

    Zij zeggen:
    “Considering the economic implications of the COVID-19 pandemic, the urgency of meaning-ful climate action and the EU’s global leadership role, a reasonable GHG emission reduction target for the EU in 2030 should be at least 60 percent below 1990. Therefore, we recommend that the EU should create as soon as possible the internal enabling conditions to facilitate emission reductions of 60 percent or even more below 1990 levels by 2030.”

    Zijn we als EU bereid de daarvoor benodigde inspanningen te doen? Wat mij betreft wel, gelet op de risico’s van een relatief hoge klimaatgevoeligheid. Of de politieke druk daarvoor al groot genoeg is, valt te bezien, maar daar lijkt voorlopig ook nog wel extra inspanning voor nodig.

  7. G.J. Smeets

    Hoi Lennart,
    Ik betwijfel sterk of ook maar iemand in staat is om in de CO2-reductie range (40%-60%) een robuust gekwantificeerde kosten/baten-analyse te maken van het verschil tussen 40% en 50% en 60% reductie. Het is een methodologisch labyrint van mitsen en maren, gezwegen van de statistische slappe koord-acrobatiek die ermee gemoeid is. Wat mij betreft is de kwestie ’40% of 50% of 60% reductie’ een equivalent van de kwestie hoeveel engelen er op de punt van een naald passen. Academisch gedoe dat met wetenschap niet te maken heeft.

    Je zegt:
    “Mijn indruk is niet dat politiek- en maatschappij-breed al een redelijk gedeeld beeld bestaat van die kosten, baten en verdeling daarvan, en van de daarmee samenhangende risico’s, of zelfs maar onder experts.”

    Vanwege mijn methodologische overwegingen hierboven denk ik dat zo’n ‘redelijk gedeeld beeld’ niet tot stand kan&zal komen op grond van wetenschappelijke info. Het kan/zal een puur politieke belangenstrijd zijn. Je verwijst naar het rapport van het Duitse Milieuagentschap dat pleit voor 60% reductie in 2030. In dat rapport worden de onverwachte economische implicaties van Covid-19 pandemie opgevoerd als argument om zo hoog mogelijk in te zetten (60%) op CO2-reducrie in 2030. Daar zit precies de kneep: niemand weet of kan weten wat het inzetten op 60% CO2-reductie voor gevolgen heeft voor de collectieve veerkracht. Misschien is het wel beter om in te zetten op 40% CO2 reductie. Niemand heeft reden om te protesteren (wel om te mopperen), scheelt een hoop gedoe en verschaft macro-economisch wat speelruimte om een volgende pandemie te pareren. En je weet net zo goed als ik dat pandemieën in de pijplijn zitten. Virologische pandemieën en digitale pandemieën.

  8. Lennart van der Linde

    Hi Goff, je zegt:
    “Ik betwijfel sterk of ook maar iemand in staat is om in de CO2-reductie range (40%-60%) een robuust gekwantificeerde kosten/baten-analyse te maken van het verschil tussen 40% en 50% en 60% reductie… niemand weet of kan weten wat het inzetten op 60% CO2-reductie voor gevolgen heeft voor de collectieve veerkracht. Misschien is het wel beter om in te zetten op 40% CO2 reductie.”

    Kosten en baten van meer of minder CO2-reductie, en de risico’s daarvan, robuust kwantificeren lijkt mij ook niet doenlijk, dat ben ik met je eens. We zullen het moeten doen met globale schattingen, zowel kwantitatief als kwalitatief, zo goed mogelijk wetenschappelijk onderbouwd, maar in het besef dat wetenschappelijke precisie hier te veel gevraagd is. Zo begrijp ik ook het advies van, in dit geval, het Duitse Milieuagentschap.

    Een lager reductiedoel stellen om zo meer mensen mee te krijgen, is volgens mij de dominante tactiek die al sinds de jaren ’90 met weinig succes gevolgd is. De tactiek van o.a. de klimaatstakers en Extinction Rebellion is “unite behind the science” en daar steeds meer politiek-maatschappelijke steun voor op te bouwen. Die steun lijkt te groeien, maar of het voldoende is om de gestelde doelen ook in effectief beleid om te zetten, zal moeten blijken.

  9. G.J. Smeets

    Hoi Lennart,
    De blogpost van Hans Custers betreft een extra gevoeligheidsanalyse die uitkomt op de bandbreedte 2,3 – 4.5°C. Met 66% probability voor de range. In IPCC jargon: likely ofwel aannemelijk. Robuust kun je dat niet noemen en het is ook geen significante afwijking van de bandbreedte 2,6 – 3,9°C waar deze extra gevoeligheidsanalyse op corrigeert. En dan zijn er de CO2-equivalenten van de overige broeikasgassen waar Bob hierboven op wees. Heel veel werk aan de wetenschappelijke winkel voor de klimatologen.

    Je stelde hierboven 29 juli 2020 om 18:21 in reactie op Hans:

    “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…”

    Klimatologen gaan niet over risico’s voor wie of wat dan ook, ze gaan over meteorologische fenomenen en klimatologische waarschijnlijkheden. Wat klimatologen kunnen en m.i. behoren te doen is *expliciet* erop wijzen dat de fat tail in de probability range groter is aan de hoge dan aan de lage kant (zie reactie 26 juli 2020 om 18:36 van Bob hierboven).

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