De invloed van interne variabiliteit op de gemiddelde wereldtemperatuur

Interne variabiliteit in het klimaat kan kleine schommelingen in de gemiddelde wereldtemperatuur veroorzaken. Het bekendste voorbeeld zijn de El Niño’s en La Niña’s, ofwel de El Niño – Southern Oscillation (ENSO), die de aarde gedurende een aantal maanden enkele tienden van een graad warmer of kouder kunnen maken. Het mechanisme is goed bekend: interactie tussen de temperatuur van het oceaanoppervlak, wind en oceaanstromingen heeft invloed op de warmte-uitwisseling tussen oceaan en atmosfeer. Bij een El Niño geeft de oceaan meer warmte af dan gemiddeld en bij een La Niña neemt die juist meer warmte op. Veranderingen in bewolking versterken het effect waarschijnlijk.

Interne variabiliteit kan voorkomen in allerlei complexe systemen. Op basis van de theoretische kennis over dergelijke systemen is het niet onaannemelijk dat er in het klimaat, met zijn trage componenten zoals de oceanen en de ijskappen, ook interne variabiliteit voorkomt op langere tijdschalen. Op die langere tijdschalen is interne variabiliteit een stuk lastiger op te sporen, omdat er ook invloed is van geforceerde variatie, zoals dat in klimaatjargon heeft: temperatuurverandering door wisselingen in activiteit van de zon, door vulkaanuitbarstingen en door de Milanković-cycli. En door de mens, via ontbossing en de uitstoot van broeikasgassen en aerosolen, bijvoorbeeld. Het precieze effect van al die factoren ontrafelen is niet eenvoudig. Zeker als het over langere periodes gaat; het wordt immers allemaal nog niet zo lang nauwkeurig gemeten. Terwijl er om iets te kunnen zeggen over oscillaties met een periodiciteit van een halve tot een hele eeuw toch op zijn minst een jaar of vijfhonderd aan observaties nodig is.

Halverwege de jaren ‘90 zochten klimaatwetenschappers naar aanwijzingen van interne variabiliteit over langer periodes in klimaatreconstructies. Min of meer regelmatige schommelingen van de wereldtemperatuur zouden zo’n aanwijzing kunnen zijn, maar terugkerende ruimtelijke patronen zouden nog sterker bewijs zijn. ENSO heeft bijvoorbeeld zo’n ruimtelijk patroon: bij een El Niño is de tropische Stille Oceaan in het oosten warmer dan normaal en in het westen minder warm en bij een La Niña is het andersom. Omdat oceanen hoogstwaarschijnlijk een grote rol spelen bij interne variabiliteit, onder meer vanwege hun grote warmte-inhoud waardoor ze langere tijd warmte op kunnen nemen of af kunnen geven zonder dat de temperatuur veel verandert, lag het voor de hand dat die patronen vooral daar te vinden zouden zijn.

Michael Mann was in die tijd een beginnende klimaatonderzoeker. Hij ontwikkelde een nieuwe methode om in de beschikbare paleoklimatologische gegevens te zoeken naar dergelijke terugkerende ruimtelijke patronen. Het meest opvallende patroon was te vinden in de noordelijke Atlantische Oceaan: die was afwisselend wat aan de koele kant en wat warmer, met een periodiciteit van ruwweg 40 tot 60 jaar. Dat patroon liep vrij goed synchroon met een kleine variatie in de wereldtemperatuur van ongeveer een tiende van een graad. En het was door andere onderzoekers, met andere methodes, ook gevonden. In 2000 bedacht Mann in een interview met een journalist van Science spontaan een naam voor het verschijnsel: de Atlantic Multidecedal Oscillation (AMO). Overigens is zo’n reconstructie van een kleine temperatuurschommeling in een beperkt deel van de wereld natuurlijk nooit heel nauwkeurig. De onzekerheden in die reconstructies zijn dus aanzienlijk.

De befaamde hockeystick, die van Mann een bekende en onder pseudosceptici gehate wetenschapper zou maken, was in eerste instantie niet meer dan een bijproduct van de analyse. Eenvoudig gezegd konden alle patronen uit de analyse met slimme statistiek weer gecombineerd worden tot een reconstructie van de gemiddelde wereldtemperatuur.

De AMO sinds midden negentiende eeuw. Bron: KNMI Climate Explorer.

De AMO zou ook het temperatuurverloop in de twintigste eeuw voor een deel kunnen verklaren. De trend van opwarming over de hele eeuw zou dan afwisselend versterkt en afgezwakt worden door warme en koele periodes van de AMO. Er zou dus sprake kunnen zijn van een interne schommeling in het klimaatsysteem, maar met alleen aanwijzingen voor een terugkerend patroon was dat nog niet bewezen. Het was namelijk niet duidelijk wat er fysiek in de Atlantische Oceaan gebeurde waardoor het noordelijk deel soms wat warmer en soms wat koeler was en waardoor die fases tientallen jaren duurden. Klimaatmodellen hielpen ook niet echt. In enkele was er een patroon van interne variabiliteit dat wel wat op de AMO leek, maar in de meeste niet.

Verloop van de gemiddelde wereldtemperatuur sinds 1880 volgens NASA-GISS

Er waren wel vermoedens over mogelijke mechanismes. Een verband tussen variaties in de oceanische transportband (de Atlantic Meridional Overturning Circulation of AMOC) lag voor de hand. Want met zulke variaties varieert ook de hoeveelheid warmte die naar de noordelijke Atlantische Oceaan stroomt. Een combinatie van verschillende schommelingen op verschillende tijdschalen, die samen soms wat meer de ene en soms wat meer de andere kant op uitvallen, werd ook als mogelijkheid gezien. En sommigen meenden dat het helemaal geen interne variabiliteit was, maar het gevolg van de geforceerde veranderingen: wisselingen in de activiteit van de zon en van vulkanen, of van de menselijke invloed.

Die laatste groep lijkt gelijk te krijgen. Michael Mann heeft zich, in een artikel in Science, aangesloten bij die hypothese. Vorig jaar constateerde hij al dat er weinig aanwijzingen zijn voor dergelijke oscillaties op een tijdschaal van meerdere decennia. Mann en zijn coauteurs hebben complexe statistische analyses uitgevoerd die, laat ik daar eerlijk over zijn, voor een eenvoudige klimaatblogger niet zo makkelijk te doorgronden zijn. Het was al langer duidelijk dat het temperatuurverloop in de twintigste eeuw goed te verklaren is door menselijke emissies van broeikasgassen en aerosolen. De onderbreking van de opwarming in het midden van die eeuw komt door de grote en toenemende hoeveelheid aerosolen die toen werd uitgestoten. Het nieuwe onderzoek stelt vast dat de periodiciteit van ruwweg 60 jaar in de wereldtemperatuur in de eeuwen daarvoor overeenkomt met een wisseling in het aantal grote tropische vulkaanuitbarstingen. Het soort vulkaanuitbarstingen met een significante invloed op de wereldtemperatuur. Klimaatmodellen leveren ondersteunend bewijs. Modellen die niet spontaan AMO-achtige interne variabiliteit genereren blijken wel zo’n patroon te produceren als ze het klimaat over de afgelopen 1000 jaar simuleren op basis van werkelijke gegevens over zonneactiviteit, vulkaanuitbarstingen en andere klimaatinvloeden. Uit een extra analyse die is uitgevoerd met een eenvoudig model blijkt dat vulkanen hier de bepalende factor zijn.

Dat vulkanische aerosolen een patroon veroorzaken dat op de AMO lijkt is niet onlogisch. Die aerosolen weerkaatsen zonlicht en hebben daardoor in eerste instantie het grootste effect op de plek waar het meeste zonlicht binnenkomt: de tropen. Door de oceanische transportband en door trage terugkoppelingen in het klimaat kan het effect zich vervolgens verplaatsen, bijvoorbeeld noordwaarts in de Atlantische Oceaan. Of er een diepere oorzaak achter de periodiciteit in grote vulkaanuitbarstingen zit moeten geologen misschien nog maar eens uitzoeken. Het zou ook best toeval kunnen zijn.

In een toelichting op het onderzoek op RealClimate is Mann stellig: de AMO bestaat niet. Ik vraag me af of dat een handige manier is om het resultaat van zijn onderzoek te communiceren. Want het mag dan niet het gevolg van interne variabiliteit zijn, het patroon van temperatuurvariaties dat ooit de naam AMO heeft gekregen is er natuurlijk wel. Het is alleen geen interne oscillatie zoals bijvoorbeeld de ENSO dat wel is, en dus is de naam AMO achteraf misschien niet zo gelukkig. Maar dat komt wel vaker voor in de klimaatwetenschap: het broeikaseffect omschrijft het betreffende fenomeen ook niet helemaal adequaat.

Ik denk ook niet dat op basis van dit onderzoek geconcludeerd kan worden dat interne variabiliteit in het klimaat op langere tijdschalen niet bestaat. Lokaal zou interne variabiliteit, die immers neerkomt op verplaatsing van energie van de ene naar de andere plek in het klimaatsysteem, nog steeds voor klimaatschommelingen kunnen zorgen. Het hoeft ook niet noodzakelijk om oscillaties te gaan waar een zekere mate van regelmaat in zit. Maar het ziet er wel naar uit dat de invloed op het verloop van de gemiddelde wereldtemperatuur over meerdere decennia heel beperkt is.

9 Reacties op “De invloed van interne variabiliteit op de gemiddelde wereldtemperatuur

  1. Frans Galjee

    Verdomd, zelfs na drie keer lezen zie ik nog steeds nuance een kentering in dat wat tot voor kort hier als zo stellig werd onderwezen.
    Op details ga ik niet in maar dit verhaal laat in ieder geval opties open en dat is in mijn ogen een mooie stap in de goede richting.

  2. Hans Custers

    Frans,

    Ik zie twee mogelijkheden: ofwel was drie keer lezen niet genoeg, ofwel heb je weinig begrepen van wat we in het verleden schreven. Van een kentering in de klimaatwetenschap is in elk geval absoluut geen sprake, van een kentering in hoe wij daarover schrijven dus ook niet.

    Als je op basis van dit onderzoek al iets kunt zeggen over de menselijke invloed op het klimaat – want daar doel je natuurlijk op – dan zou het zijn dat de onzekerheidsmarge wat kleiner is geworden. En dat het dus nog iets waarschijnlijker is dat de mens volledig verantwoordelijk is voor de opwarming in de afgelopen anderhalve eeuw.

    Natuurlijk draagt een enkel onderzoek nooit heel veel bij aan het volledige wetenschappelijke bewijs. Vandaar dat het me niet nodig leek om dat punt expliciet te noemen in mijn blogstuk. Maar vanwege jouw reactie leek het me wel goed om het even te verduidelijken, om misverstanden te vermijden.

  3. Beste Frans Galjee,

    Wat bovengenoemde studie door Michael Mann e.a. doet vermoeden… is dat de onzekerheid in de menselijke bijdrage nóg geringer kan zijn dan al gedacht werd. M.a.w. de menselijke invloed is dan nog zekerder.

    De nieuwe studie draagt argumenten aan dat zélfs de schijnbare periodiciteit in de Atlantic Meridional Overturning Circulation, het resultaat kan zijn van externe forcering:

    … we show that these apparent multidecadal oscillations are an artifact of pulses of volcanic activity during the preindustrial era that project markedly onto the multidecadal (50- to 70-year) frequency band.

    Een grotere invloed van externe forcering betekent ook een (nog) grotere rol voor de externe forcering door extra broeikasgassen.

  4. Als de AMO zou bestaan zou je de sterkste schommelingen verwachten in Noord West Europa. Daar is de invloed van de Golfstroom heel sterk. Dit blijkt uit een simpele vergelijking tussen twee even grote gebieden die op de zelfde breedtegraad liggen. Voordeel hiervan is dat we een heel lange tijdreeks hebben voor Zowel Nederland als Engeland. Misschien dat hier meer te zien valt van de AMO. Voorop gesteld dat zoiets bestaat. Dat is altijd het grootste probleem met dit soort fenomenen. Hoe ze uit de tijdreeks te distilleren. Ze zijn op hun best semi-periodiek.

  5. G.J. Smeets

    Hans,
    uit je blogstuk maak ik op dat het (nog) geen uitgemaakte zaak is of de AMO-als-interne-variabele een klimatologische hypothese is of een geobserveerd/observeerbaar fenomeen. Epistemologisch gezien is dat fascinerend.

    De opmerking van Frans Galjee hierboven over een ‘kentering’ in de klimatologie is weliswaar bizar maar niettemin interessant, althans voor mij. Want die opmerking bracht me ertoe precies het tegengestelde te concluderen: geen kentering maar, in tegendeel, afvlakking van de klimatologische leercurve. Afgelopen, pak ‘m beet, 3 decennia heeft de klimatologie een ongekend steile leercurve gehad dankzij razendsnelle uitbreiding en verfijning van observatie-, meet-, en calculatiemethode&techniek. Nu is het wachten geblazen op de trage bewegingen (decennium, eeuw) in het globale klimaatsysteem om vast te kunnen stellen of AMO een academische hypothese is of een geofysisch fenomeen.

    Fraai vind ik de opmerking in je stuk “Of er een diepere oorzaak achter de periodiciteit in grote vulkaanuitbarstingen zit moeten geologen misschien nog maar eens uitzoeken.” Afijn werk aan de winkel maar hoe dan ook: de leercurve vlakt af. En dat is bepaald iets anders dan een ‘kentering’ waar Frans Galjee mee aankwam.

  6. Hans Custers

    Goff,

    Of de leercurve afvlakt weet ik niet. Mijn indruk is, lezende in de wetenschappelijke literatuur, dat er zoveel informatie is uit modellen, satellietwaarnemingen, heranalyses, enzovoort, dat er best veel blijft liggen. Omdat het simpelweg niet te doen is om alles te bekijken.

    Over langere tijdschalen komt er ook nog wel de nodige nieuwe kennis, dankzij ontwikkelingen in geochemische en geofysische analyses, en modellen, en steeds diepere boringen in ijs en sedimenten, bijvoorbeeld.

    Waar we wel op moeten wachten zijn de waarnemingen uit het nieuwe klimatologische gebied, waarnaar we met de aarde onderweg zijn. Hoeveel kennis er ook is, er zal altijd een bepaalde onzekerheid zitten in de vertaling van die kennis naar een onbekende klimatologische situatie.

  7. Frans Galjee

    Mooi om vast te stellen dat gezien de reacties op mijn opmerking over ‘kentering’ blijkbaar mijn bijdragen in de discussies hier vanwege de ban toch werden gemist al was het dan maar om er lekker ongecontroleerd op leeg te mogen lopen.

    Met kentering bedoelde ik niet een verandering in de wetenschap van klimaatverandering die naar mijn waarneming nog steeds verkeert in de fase van we weten steeds meer maar komen er ook achter dat we nog te weinig begrijpen of weten.
    Het lijkt sterk op die huidige wetenschap ( en hierop gevoerd beleid) over dat verveelde virus.

    Die kentering, als door mij word bedoeld, betreft het indalen van besef van dat laatste (te weinig weten) en met het erkennen daarvan zodat wellicht in vervolg wat meer bescheidenheid op zijn plaats kan zijn. Het zal natuurlijk worden ontkend maar ik zie een positieve draai.

    Traagheden of responstijden van trage processen en dat bij terechte constatering van te weinig meetgegevens als is beschreven in artikel is door mij al eerder ingebracht maar dat terzijde.

    Inmiddels maakt die waarheid over die klimaatwetenschap ook helemaal niets meer uit nu er een idioot en destructief transitie beleid op wordt doorgedrukt. Wellicht is ook dat besef bij jullie hier op deze site wel de oorzaak van wat meer ‘terughoudendheid’.

    Op zich maakt het straks ook niet uit of de mensheid te maken krijgt met wat opwarming of de gevolgen zal ervaren van een destructief gevoerd klimaatbeleid. Als ik sommigen mag geloven weten we over zo’n 10 jaar meer en misschien maak ik dat nog mee. Mijn voorspelling is dat we meer last zullen krijgen van de gevolgen van het transitie beleid en dat deze gevolgen ook het echte probleem van toenemende schaarste zal tonen. En laat daar nu de mens in aantal en consumptie wel een hoofdrol in spelen.

  8. Hans Custers

    Frans,

    Het is eerder regel dan uitzondering dat we in onze stukken ook op wetenschappelijke onzekerheden en leemtes in kennis wijzen. Die zijn er namelijk altijd in de wetenschap. Maar we hebben ook regelmatig op de bij pseudosceptici geliefde drogreden gewezen, waarin onzekerheid gelijk wordt gesteld aan onwetendheid. Dat men niet alles weet, betekent niet dat er helemaal niets bekend is.

    Over het onderwerp van dit stuk, de AMO, hebben we voor zover ik me kan herinneren nooit iets anders beweerd dan dat er veel onzekerheden zijn, onder meer over de onderliggende oorzaak. We zijn daar dus bijzonder consequent over geweest.

    Verder haal je er weer van alles bij dat niks met het onderwerp van dit stuk te maken heeft. Mocht je verder willen discussiëren, dan verzoek ik je om het bij dat onderwerp te houden: interne variabiliteit en de AMO.

  9. Beste Frans Galjee,

    … die naar mijn waarneming nog steeds verkeert in de fase van we weten steeds meer maar komen er ook achter dat we nog te weinig begrijpen of weten.

    Nee, waar het de menselijke invloed op het klimaat betreft, neemt de mate van zekerheid juist aldoor toe.

    Zo betekent de hierboven besproken studie dat de rol van interne variabiliteit — althans de periodiciteit daarvan — kleiner is dan tot dusver gedacht werd. Bijgevolg is de rol van externe forcering juist groter en dan is er méér zekerheid ook over de externe forcering veroorzaakt door extra broeikasgassen.

    De klimaatwetenschap gaat over veel meer dan alleen de vraag hoe groot de menselijke invloed is. Er wordt allerlei onderzoek gedaan naar andere aspecten van het klimaatsysteem. Soms heeft dit onderzoek dan, indirect, ook implicaties voor de omvang van de menselijke rol of voor de mate van zekerheid die er daarover bestaat.

    … om er lekker ongecontroleerd op leeg te mogen lopen.

    De enige die er “leeg loopt”, ben jijzelf. Uit je reactie blijkt opnieuw dat het in werkelijkheid een politieke afkeer is van beleid… die je motiveert. Niet een interesse in de wetenschap.

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