Auteursarchief: Hans Custers

Nieuwe zeespiegelprojecties: de asymmetrische onzekerheid blijft

Een mariene ijskap. Foto: Bethan Davies / AntarcticGlariers.org

In Nature stonden vorige week twee artikelen met nieuwe projecties van de zeespiegelstijging. Of, om precies te zijn: de te verwachten bijdrage van het smelten van landijs daaraan. Voor de totale stijging moet daar nog de bijdrage van thermische expansie van zeewater bij worden opgeteld. Volgens het IPCC Speciale Rapport over de oceanen en de cryosfeer is dat, afhankelijk van hoeveel het opwarmt, zo’n 15 tot 30 centimeter aan het eind van deze eeuw. En, om helemaal compleet te zijn, er wordt ook nog enkele centimeters stijging verwacht als gevolg van grondwateronttrekking en veranderingen in opslag van zoet water op land.

De grootste onzekerheden zitten in de bijdrage van het landijs en dan vooral in die van de ijskappen van Groenland en Antarctica. De reden daarvoor is eenvoudig: er hoeft maar een fractie van al dat ijs te smelten om de zeespiegel een halve of een hele meter te laten stijgen. Hoe groot de fractie die smelt precies zal zijn en hoe snel dat smelten gaat is niet zo eenvoudig te voorspellen.

Er zijn nogal wat variabelen die invloed kunnen hebben op het smeltproces: de temperatuur, de hoeveelheid neerslag, de eigenschappen van het ijs en van de bodem waar het op ligt, enzovoort. Bij ijs dat op de zeebodem rust komen daar dan nog oceaanstromingen, de temperatuur van het zeewater en de eigenschappen van de zeebodem bij. Modellen die de bepalende processen gedetailleerd simuleren zijn behoorlijk complex. De rekentijd op supercomputers die nodig zijn voor dergelijke simulaties is duur en dus zit er een grens aan het aantal simulaties dat ijsonderzoekers uit kunnen voeren.

Tamsin Edwards heeft een statistische methode toegepast om uit bestaande simulaties extra informatie te peuteren. Het artikel met haar resultaten telt maar liefst 84 auteurs. Dat het er zoveel zijn komt vooral omdat Edwards een groot aantal ijskap- en gletsjermodellen heeft geanalyseerd (de modellen die meedoen in het Ice Sheet Model Intercomparison Project ISMIP6 en in het Glacier Model Intercomparison Project GlacierMIP) en de onderzoeksgroepen die die modellen hebben ontwikkeld allemaal mee hebben gewerkt. Met haar methode kan Tamsin Edwards eerdere berekeningen van die modellen “vertalen” naar de SSP-scenario’s die in het komende IPCC-rapport worden gebruikt.

De berekeningen laten een aanzienlijk verschil zien tussen de hoeveelheid ijs die smelt bij 1,5°C en bij 2°C opwarming. Bij 1,5°C zorgt smeltend landijs naar verwachting voor zo’n 13 centimeter zeespiegelstijging in 2100, bij 3°C (de te verwachten opwarming op basis van het totaal aan nu ingediende plannen in het kader van het Akkoord van Parijs) is dat bijna het dubbele: 25 centimeter. Vooral voor de hoeveelheid ijssmelt op Groenland maakt die anderhalve graad een groot verschil, ongeveer een factor 3. Voor berggletsjers is dat een factor twee. Voor Antarctica maakt een anderhalve graad weinig uit, volgens de modellen. Maar daar zit wel een adder onder het gras: asymmetrische onzekerheid.

Lees verder

Klimaatverandering in droge ecosystemen

Droge klimaten vormen een aparte hoofdgroep in het classificatiesysteem van Köppen. In deze klimaattypes is beschikbaarheid van water een limiterende factor voor plantengroei. De vegetatie is dan ook beperkt, met niet of nauwelijks bomen: woestijnen, steppes of savannes, bijvoorbeeld. Ongeveer 40% van het landoppervlak op aarde bestaat uit droge gebieden en er woont ongeveer 35% van de wereldbevolking. De afbeelding hieronder geeft aan waar die droge gebieden liggen, op basis van gegevens over de periode 1971-2000. De kleuren geven de zogenaamde Leaf Area Index (LAI) weer, een maat voor de hoeveelheid vegetatie. Een lage LAI, lichtgroen weergegeven, staat voor weinig plantengroei, een hoge LAI, in donkerblauw, voor veel.

Ligging van droge gebieden (rode lijnen) en gemiddelde plantengroei volgens de Leaf Area Index, volgens gegevens over 1971-2000. Bron: Berg & McColl 2021.
Lees verder

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.

Lees verder

Quack?! Hoe te reageren op pseudowetenschap: enkele vuistregels

Eerder deze maand startte Jona Lendering een serie blogposts op Sargasso over nepwetenschap, partijdige geschiedschrijving, kwakzalverij en andere vormen van niet-academische kennis, onder de titel Quack?!. Ik had de nodige opmerkingen bij verschillende delen van die serie. En omdat ik alleen maar commentaar leveren wat te makkelijk vond, besloot ik zelf ook een bijdrage te leveren. Afgelopen maandag is mijn stuk op Sargasso geplaatst. Ik neem het hieronder integraal over. De tekening hierboven is van Marije Mooren.

Een dikke tien jaar geleden begon ik, heel argeloos, te reageren op de desinformatie die door pseudosceptici werd en wordt verspreid over klimaatwetenschap. Ik heb niet de pretentie dat ik het perfecte recept tegen desinformatie heb gevonden. Maar ik heb, met vallen en opstaan, wel wat geleerd. Dit zijn de vuistregels waar ik me, met wisselend succes, aan probeer te houden.

Een pragmatische aanpak

Het is geen diepgravende analyse, want die zijn er al genoeg. Ik vraag me wel eens af of die diepgravende analyses veel bijdragen aan een oplossing. Misschien is een pragmatische aanpak wel beter. Pseudowetenschap en wetenschapsontkenning zijn er altijd geweest en ze zullen waarschijnlijk nooit verdwijnen. Wat er is veranderd is de omgeving: social media, de opkomst van populistische partijen, de toenemende onvrede in de maatschappij. De allerbelangrijkste regel voor communicatie blijft, in welke omgeving dan ook: houd rekening met je publiek. Ik weet dat ik daarmee een open deur intrap, maar dat kan geen kwaad omdat die basisregel nogal eensover het hoofd wordt gezien. Hoe interessant en diepgravend een analyse van het fenomeen ook is, je legt er je buurman niet mee uit waarom die meer waarde zou moeten hechten aan het standpunt van een grote meerderheid van de virologen en epidemiologen danaan de praatjes van Maurice de Hond. Daarom wat tips voor een pragmatische aanpak. Wie weet zijn ze bruikbaar, tijdens de zoom-bedrijfsborrel, of een online-discussie, of in een talkshow op de nationale tv, mocht iemand daar ooit in belanden.

Lees verder

Minder ijs in wolken kan bijdragen aan hoge klimaatgevoeligheid

Begin dit jaar schreven we over de hogere klimaatgevoeligheid die zou volgen uit simulaties met de nieuwste versies van veel klimaatmodellen. Veel klimaatwetenschappers hadden hun twijfels over die resultaten. Eerst maar eens uitzoeken welke nieuwtjes in de modellen dat verschil met de vorige versies veroorzaken, zo vonden ze. Dat onderzoek is in volle gang.

Hoofdverdachte is, zo schreven we in februari, de manier waarop bewolking in die modellen wordt meegenomen. Veranderingen in bewolking kunnen de opwarming van het klimaat versterken of verzwakken. Dergelijke veranderingen zijn dus een terugkoppeling in het klimaatsysteem. Of eigenlijk zijn er verschillende terugkoppelingen van bewolking.

Een versterkende terugkoppeling is de toenemende hoogte van hoge bewolking bij een stijging van de temperatuur. Hoge bewolking is dun en houdt maar weinig zonlicht tegen. Het water in de wolk kan wel uitgaande warmtestraling absorberen. Hoge wolken houden de luchtlaag eronder warm; ze versterken het broeikaseffect. Stijgen die hoge wolken, dan wordt die luchtlaag eronder dus dikker. De temperatuur van de wolken zelf verandert niet. De verticale temperatuurgradiënt in de luchtlaag eronder blijft ook nagenoeg constant, waardoor de temperatuur aan het oppervlak stijgt. Dit levert dus extra opwarming op. De afbeelding hieronder illustreert het principe.

Illustratie van het effect van een toenemende hoogte van hoge bewolking

Een tweede versterkende terugkoppeling is de afname van de hoeveelheid lage bewolking. Lage bewolking is vaak dikker en daardoor een betere reflector voor zonlicht. Lage bewolking koelt het aardoppervlak af. (Kanttekening: dit is het netto-effect. Bewolkte dagen zijn koeler, bewolkte nachten juist warmer door het broeikaseffect van het water in de wolk, maar het effect op de dagtemperatuur is het grootst.) Neemt de lage bewolking af bij een hogere temperatuur, dan valt er meer zonlicht op het aardoppervlak, wat de opwarming versterkt.

Lees verder

Verschillen tussen de opwarming overdag en ’s nachts en de mogelijke gevolgen

Mogelijke oorzaken voor het verschil in opwarming tussen dag en nacht. Bron: KNMI

Een versterkt broeikaseffect zorgt ervoor dat het ’s nachts wat meer opwarmt dan overdag, zo zegt de theorie. De verklaring lijkt voor de hand te liggen: door het broeikaseffect kan warmtestraling, die ervoor zorgt dat het afkoelt als de zon is ondergegaan, minder makkelijk ontsnappen. Maar overdag, en zeker op het warmste moment van de dag, heeft de zon grotendeels de regie in handen. Toch is het wat ingewikkelder. Wetenschappers vermoeden al een tijd dat andere factoren een belangrijker rol spelen. Veranderingen in bewolkingspatronen, bijvoorbeeld. Ook de dikte van de zogenaamde grenslaag, de goed gemengde onderste laag van de de atmosfeer, speelt vermoedelijk mee. Overdag is die grenslaag vaak veel dikker dan ’s nachts. De warmte die het broeikaseffect vasthoudt wordt overdag dus over een veel grotere hoeveelheid lucht verdeeld. Een derde factor die mee kan spelen, vooral in geïrrigeerde landbouwgebieden, is bodemvochtigheid. Verdamping vanaf een vochtige bodem levert, door meerdere oorzaken, overdag meer afkoeling op dan ’s nachts.

Het verschil in snelheid van opwarming is niet heel groot, maar boven land is het wel detecteerbaar. Al 1991 verscheen er een publicatie over deze waarneming in de wetenschappelijke literatuur. De temperatuur van het oceaanwater en de lucht erboven varieert veel minder in de loop van een etmaal; een eventuele verandering van het verschil tussen dag en nacht is daardoor veel te klein om waar te kunnen nemen. De afbeelding hieronder geeft veranderingen van minimum- en maximumtemperaturen over de periode 1960 – 2009 uit een onderzoek uit 2016.

Trends van minima en maxima voor achtereenvolgens: jaargemiddelde mondiale temperatuur, jaargemiddelde temperatuur van het noordelijke halfrond, gemiddelde winter- en zomertemperatuur van het noordelijk halfrond over de periode 1960-2009. Bron: Davy et al.
Lees verder

Kunnen we de 20e-eeuwse zeespiegelstijging verklaren?

Gastblog van Thomas Frederikse

Dankzij een uitgebreid wereldwijd netwerk van peilmeetstations en allerlei paleo-indicatoren weten we dat de zeespiegel sinds het begin van de 20e eeuw veel harder stijgt dan in de eeuwen daarvoor [1,2]. Zeespiegelstijging is dus niet alleen een dreigend toekomstfenomeen. Toch was er nog een onopgelost probleem met de 20e-eeuwse zeespiegelstijging. Want de schattingen van de werkelijke stijging waren namelijk hoger dan de berekende en bij elkaar opgetelde bijdragen van het smelten van gletsjers en ijskappen en het uitzetten van de oceaan door de steeds hogere watertemperatuur (thermische expansie).

Dit probleem kwam voor het eerst ter sprake in het artikel ‘Twentieth Century Sea Level: An Enigma’ [3] van de beroemde oceanograaf Walter Munk, waarin hij stelt dat “the historic [sea-level] rise started too early, has too linear a trend, and is too large”. Hij kwam op deze conclusie door schattingen van het gesmolten ijs en thermische expansie te vergelijken met de gemeten stijging, en het sommetje klopte niet: er was een stijging in de gemeten zeespiegel die niet te verklaren was. Jaren later speelt dit probleem in mindere mate nog steeds: in het recente ‘IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate’ (SROCC) [4], is dit gat nog steeds aanwezig: de getallen in tabel 4.1 tellen nog steeds niet mooi op.

Het is goed om te bedenken dat dit ‘gat’ zich ver achter de komma afspeelt, en vooral voer is voor de cijferfetisjisten onder de klimaatwetenschappers. Nu hebben we de beschikking over satellietdata, en zijn er duizenden autonoom ronddrijvende oceaanthermometers die hele schatten aan data produceren, en al die data toont aan dat sinds de jaren 90 het sommetje prima klopt [4,5]. Toch knaagt er iets: zien we misschien een proces over het hoofd?

Figuur 1. Peilmeetstations waarmee we de globale zeespiegelstijging hebben bepaald. Hoe dikker het bolletje, hoe langer de meetreeks. Rechts zie je de ontwikkeling van het aantal meetstations per oceaan in de tijd.

Lees verder

De wetenschap heeft de ijskap van Groenland nog niet opgegeven

Een nieuw onderzoek naar het ijsverlies van Groenland leverde de afgelopen dagen nogal wat paniekreacties op. Het bijbehorende persbericht droeg daar ongetwijfeld aan bij, omdat dat spreekt van een “point of no return”. Dat kan de indruk wekken dat het definitieve kantelpunt bereikt zou zijn en dat de hele ijskap van Groenland gedoemd zou zijn om te verdwijnen. Dat is naar alle waarschijnlijkheid nog niet het geval.

Het is een gedetailleerde glaciologische studie naar het ijsverlies van ruim 200 gletsjers die deel uitmaken van de ijskap van Groenland, aan de hand van satellietgegevens en lokale metingen. Er blijkt begin deze eeuw een stapsgewijze versnelling te zijn geweest in de snelheid waarmee het ijs smelt. Ian Howat, een van de onderzoekers, vat het op de site van CNN zo samen:

We’ve passed the point of no return but there’s obviously more to come. (..) Rather than being a single tipping point in which we’ve gone from a happy ice sheet to a rapidly collapsing ice sheet, it’s more of a staircase where we’ve fallen off the first step but there’s many more steps to go down into the pit.

Hoeveel treden er precies zijn en hoe hoog die eerste trede is is nog wel onduidelijk. Lees verder

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. Lees verder

Meerdere oorzaken voor het opwarmingsgat in de noordelijke Atlantische Oceaan

Temperatuurverandering in de periode 1900 – 2019 volgens NASA-GISS

De aarde warmt op. Maar in een gebied in de noordelijke Atlantische Oceaan daalt de temperatuur juist. Dat opwarmingsgat in de noordelijke Atlantische Oceaan is hier al eerder besproken. Het werd toegeschreven aan een vertraging van het Atlantische deel van de thermohaliene circulatie (de Atlantic Meridional Overturning Circulation of AMOC). Nieuw onderzoek, met als hoofdauteur Paul Keil van het Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg, weerlegt die opvatting niet, maar nuanceert hem wel. Er zijn verschillende factoren in het spel, die wel allemaal samenhangen met de opwarming van het klimaat.

Dat de AMOC vertraagt in een opwarmend klimaat is de verwachting, maar hoe snel en hoe sterk is onzeker. Op een aantal plaatsen wordt de stroming in de oceaan nu over de volle breedte gemeten (zie de afbeelding hiernaast, de gestippelde lijnen zijn projecten die nog niet operationeel zijn), maar dat gebeurt nog niet zo lang. De metingen in het noordelijke deel, OSNAP genaamd, begonnen pas in 2014. Vorig jaar werden de eerste resultaten gepubliceerd met als conclusie dat er nog niet zoveel te zeggen is over een trend. De variatie op korte termijn is aanzienlijk en dus kan het nog wel even duren tot de trend te onderscheiden is van de schommelingen. Er werd nog een andere interessante waarneming gedaan, die door het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) wordt beschreven. Lees verder