Categorie archief: Klimaatmodellen

De scenario’s van het IPCC zijn niet eerlijk (en hoe nu verder?)

Een nieuwe studie stelt dat de huidige scenario’s van klimaatmitigatie die in het IPCC worden gebruikt te weinig rekening houden met rechtvaardigheid. Het rechtvaardigheidsbeginsel is één van de principes van het Parijsakkoord, maar als de toekomst zich precies volgens die scenario’s zou ontwikkelen, zouden bestaande ongelijkheden groter worden. Bovendien dragen ontwikkelingslanden een te zware mitigatielast in vergelijking met ontwikkelde landen. Hoe nu verder? Kunnen we rechtvaardigheid überhaupt wel goed in de (economische) modellen meenemen? In een andere studie doen de auteurs alvast een opzet. De Parijsdoelen halen op een rechtvaardige manier kan wel, maar het vereist wel een veel grotere inspanning van landen in het mondiale Noorden.

Rechtvaardigheid als grondbeginsel van het Parijsakkoord

De conclusies in het IPCC AR6 over hoe de wereld klimaatverandering tot 1,5°C of 2°C opwarming kan beperken, leunen erg sterk op scenario’s (ook wel: ‘global modelled mitigation pathways’) die gebruik maken van Integrated Assessment Models (IAMs). Dat zijn eigenlijk modellen die de benodigde sociaal-economische verandering simuleren als we ons committeren aan de doelen uit het Parijsakkoord.

De historische en huidige bijdragen aan klimaatverandering zijn behoorlijk oneerlijk verdeeld. Sommige landen en regio’s stoten al decennia grote hoeveelheid broeikasgassen uit, terwijl andere landen eigenlijk maar een klein aandeel hebben in de huidige klimaatcrisis. Naast die ongelijkheid in verantwoordelijkheid, zijn er tussen regio’s ook grote ongelijkheden in termen van, bijvoorbeeld, inkomen en energieverbruik. Dat is weer relevant als we kijken naar socio-economische mitigatieroutes. Die ongelijkheden worden ook onderschreven in het Parijsakkoord, en zelfs in de grondbeginselen van het UNFCCC: de principes van ‘equity’ en ‘common but differentiated responsibilities and respective capabilities’. Ook wordt er expliciet benoemd dat ontwikkelingslanden niet een disproportionele last moeten dragen. Maar in hoeverre komen deze principes van rechtvaardigheid eigenlijk terug in de scenario’s?

De eerste twee grondbeginselen van het UNFCCC, bij de oprichting in 1992. Bron
Lees verder

Klimaatmodellen zijn er in alle soorten en maten

Schematisch overzicht van een aardsysteemmodel. Bron: Mengis et al. (2020).

Kritiek op klimaatmodellen is een terugkerend thema op klimaatblogs en in andere media. Soms snijdt die kritiek inhoudelijk hout en soms niet. Maar simpelweg ‘de klimaatmodellen’ aanwijzen als probleem is altijd onzorgvuldig. Ten eerste omdat ‘de klimaatmodellen’ niet bestaan. Er is een enorme verscheidenheid aan modellen die op een of andere manier in het klimaatonderzoek worden gebruikt. Die modellen kun je niet zomaar allemaal op een hoop gooien. En ten tweede zijn de modellen zelf vaak niet het probleem. Als er iets niet goed gaat, dan heeft dat meestal te maken met hoe die modellen worden gebruikt, of met hoe de resultaten worden gepresenteerd.

Wat is een model eigenlijk? Je zou kunnen zeggen dat de hele wetenschap uit modellen bestaat: stukjes werkelijkheid die uit de complexiteit van het universum worden gehaald, om ze als geïsoleerde fenomenen te beschrijven. De wetten van Newton vormen een model, net als de relativiteitstheorie. Maar tegenwoordig staat het woord ‘model’ meestal voor een computermodel. Ofwel, een computerprogramma dat een stukje van de werkelijkheid simuleert. De opkomst van die modellen begint halverwege de twintigste eeuw, toen ze werden gebruikt in het roemruchte Manhattan project. De eerste weer- en klimaatmodellen kwamen snel daarna. Tegenwoordig worden computermodellen vrijwel overal in de wetenschap gebruikt.

Modellen hebben nuttige toepassingen, maar ook beperkingen. Het kan misgaan als gebruikers van een model de beperkingen ervan niet kennen, omdat ze niet goed weten wat er ‘onder de motorkap’ gebeurt. Terwijl er bij het interpreteren van modelresultaten altijd rekening moet worden gehouden met die beperkingen. Kennis die ook al belangrijk kan zijn bij het bedenken van een modelexperiment. Want de uitkomst van een modelberekening hangt natuurlijk altijd af van de opdrachten die het model aan het begin van een simulatie krijgt. Modellen zijn dus geen machines die de toekomst kunnen voorspellen, hoe geavanceerd en veelomvattend ze ook zijn. Ze zijn gemaakt om ‘wat-als’ voorspellingen te doen binnen zekere grenzen.

Lees verder

Krijgen we echt een groenere wereld met meer CO₂? 

Het is – nog steeds! – een veelgehoorde opmerking als je het hebt over klimaatverandering: “Van al die extra CO2 gaan de planten lekker groeien! We krijgen juist meer bossen, en betere landbouwopbrengsten!”. En zo vreemd is die gedachtegang niet. Tuinders voegen CO2 toe aan de lucht in hun kassen om de plantengroei en oogst te stimuleren, en in Earth System Models zorgt dit “CO2-bemestings effect” voor een negatieve terugkoppeling op atmosferische CO2 concentraties: meer plantengroei betekent immers ook meer opname van CO2 door de vegetatie. Deze extra groei zou wereldwijd de hoeveelheid stikstof die in de bodem beschikbaar is voor plantengroei doen dalen, zoveel zelfs dat de auteurs van een recent artikel – bizar genoeg – suggereerden dat we misschien onze natuurlijke ecosystemen moeten gaan bemesten. 

Natuurlijk eikenbos in het noorden van Engeland. Foto: Franciska de Vries.

Dat de wereld groener wordt is een feit. Maar in 2016 schreef Hans Custers al op deze blog dat we nog niet zoveel van de onderliggende mechanismen en de persistentie van dit effect begrepen, en dat hoewel het wel altijd als iets positiefs wordt gebracht, dit CO2-bemestings effect niet persé positief is. In 2018 schreef Hans dat deze wereldwijde vergroening niet alléén door meer CO2 in de atmosfeer wordt veroorzaakt, maar ook door hogere temperaturen, uitbreiding van het landbouwareaal, stikstofdepositie, en verandering in neerslag. 

Bovendien hoeft die extra plantengroei niet noodzakelijkerwijs te resulteren in meer langdurige CO2-opslag in planten en bodem. Een voorbeeld van beide zaken – meer groei is niet persé positief, én kan door andere factoren veroorzaakt worden – is “Arctic greening”, Arctische vergroening. De Arctische toendra is een van de snelst opwarmende gebieden op aarde, en deze toenemende temperaturen zorgen voor meer groei en een toename in struikvormige vegetatie. Maar deze hogere temperaturen zorgen ook voor dooi van de permafrost, waardoor de bodem juist CO2 en methaan (CH4) verliest. 

Het CO2-bemestings effect ligt dus duidelijk gecompliceerder dan simpelweg meer groei door meer CO2, en ook het effect van die extra groei op de CO2-opname van het ecosysteem is nog onduidelijk. De CO2-terugkoppeling in Earth System Models is gebaseerd op korte termijn experimenten, maar er is toenemend bewijs dat het CO2-bemestings effect minder permanent is dan gedacht, en bovendien afhankelijk van veel andere factoren, die helder op een rij worden gezet in een artikel door Maschler et al. dat net uit is gekomen. Dat is ook wel logisch, want voor plantengroei spelen veel meer factoren een rol dan CO2

Lees verder

De Nobelprijs voor klimaatwetenschappers

Afgelopen week werd bekend dat klimaatwetenschappers Syukuro Manabe en Klaus Hasselmann dit jaar de Nobelprijs voor natuurkunde krijgen. Ze delen de prijs met de Italiaanse theoretisch natuurkundige Giorgio Parisi. Parisi deed fundamenteel onderzoek aan complexe fysische systemen. Er lopen verschillende lijntjes tussen dat onderwerp en de klimaatwetenschap. Vroege weermodellen zijn voorouders van zowel het onderzoek van Manabe en Hasselman, als dat van Parisi. Onderzoek naar complexe systemen kwam pas goed op gang nadat meteoroloog Edward Lorenz bij toeval de chaostheorie op het spoor kwam, via berekeningen met zo’n model. Bij het theoretisch onderzoek naar complexe systemen wordt veel gebruik gemaakt van computermodellen. Meteorologie was, samen met kernfysica, een vakgebied dat pionierde op dat gebied. De kennis en ervaring van die pioniers kwamen goed van pas bij het onderzoek naar chaos en complexiteit. Aan de andere kant is het klimaat een complex fysisch systeem, en dus zijn resultaten van fundamenteel onderzoek naar dergelijke systemen ook van belang voor het klimaatonderzoek.

Onder volgers van de klimaatwetenschap is de in Japan geboren Amerikaan Syukuro Manabe veruit de bekendste van de drie winnaars. Niet omdat Manabe altijd de aandacht heeft gezocht, integendeel. Het is zijn werk dat de aandacht trok. Hoe belangrijk Manabe is geweest voor de ontwikkeling van moderne klimaatmodellen is nauwelijks te overschatten. Toen Manabe in de late jaren ‘50 van de vorige eeuw naar de VS kwam was daar net een eerste, rudimentair klimaatmodel gebouwd. Dat model kon vrij adequaat enkele patronen in de grootschalige atmosferische circulatie simuleren op een plat stuk aarde. Aan het eind van de twintigste eeuw waren er uitgebreide modellen, met een realistische topografie, met seizoenen, die alle cruciale processen in zowel de atmosfeer als de oceaan simuleerden: circulatie, de hydrologische cyclus, wolken, emissie en absorptie van straling. Aan vrijwel elke stap die er is gezet vanaf het rudimentaire naar het complexe model, heeft Manabe wel iets bijgedragen.

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

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. Lees verder

De meeste klimaatmodellen doen het prima!

Modelprojectie uit een rapport van Exxon uit 1982. Deze projectie is overigens niet meegenomen in het onderzoek van Hausfather et al. (Bron: InsideClimate News)

Wetenschappelijke modellen zijn geen glazen bollen. En wetenschappers geen helderzienden. Dat pretenderen ze ook niet te zijn. Alleen charlatans suggereren dat ze in de toekomst kunnen kijken. Wetenschappers kunnen op basis van hun vakkennis wel iets zeggen over oorzaak en gevolg. En daarmee kunnen ze voorwaardelijke voorspellingen doen: als dit, dan dat. Als ik het glas dat ik in mijn hand heb loslaat, zal het vallen. Niemand zal dat een onjuiste voorspelling noemen als het glas heelhuids de tafel haalt omdat ik het niet echt heb losgelaten. Ook klimaatwetenschappers doen alleen voorwaardelijke voorspellingen, op basis van hun vakkennis. Bij het interpreteren van klimaatprojecties en modelresultaten is het belangrijk om daar rekening mee te houden.

Klimaatmodellen simuleren de fysica van het klimaatsysteem. Dat begon in de tweede helft van de vorige eeuw met het doorrekenen van een relatief eenvoudige energiebalans. Het soort berekeningen dat Arrhenius eind 19e eeuw nog met de hand moest doen. Computers maakten het mogelijk om die berekeningen aanzienlijk te verfijnen. Al snel werden die berekeningen aangevuld met simulaties van atmosferische circulatie en van verdamping en condensatie van water. Met het groeien van de klimaatkennis en het toenemen van de rekenkracht van computers werden de modellen steeds uitgebreider en fijnmaziger. Lees verder

Scenariostudies of Toekomstvoorspellingen: Wetenschap of Glazen Bol

Gastblog van Tinus Pulles

In een aantal discussies rondom klimaatverandering op populaire en sociale media komt steeds weer de vraag, soms zelfs de eis, aan de wetenschap naar voren om te bewijzen dat de toekomst zich zal ontwikkelen zoals in de scenario’s wordt berekend. Daarmee wordt aan de wetenschap gevraagd om iets als een glazen bol: waarzeggerij dus. Waarzeggen is tovenarij en dat kan de wetenschap niet. In deze post probeer ik uit te leggen hoe dat komt en of dat erg is.

Voorspellingen in de wetenschap

Een, voor de niet-wetenschapper wellicht, verwarrend taalgebruik binnen de wetenschap vind je rondom een van de basisgereedschappen van wetenschappelijk onderzoek: falsificeren: een model of theorie voorspelt de uitkomst van een experiment of waarneming, een zogenaamde hypothese, die je kunt toetsen door het experiment uit te voeren of de meting te verrichten. Dit is geen toekomstvoorspelling, maar een voorspelling van wat het resultaat zal zijn als je een bepaald experiment doet of een meting uitvoert.

Omdat kennis en wetenschap nooit af is, kun je ook nooit bewijzen dat iets waar is. Er is altijd de mogelijkheid dat door nieuwe kennis, nieuwe experimenten of nieuwe ontdekkingen je theorie, die je tot op dat moment gebruikt, toch niet waar blijkt te zijn. Het klassieke voorbeeld van zo’n onmogelijk bewijs is het feit dat je nooit zult kunnen bewijzen dat alle zwanen wit zijn. De constatering dat je alleen maar witte zwanen hebt gezien, bewijst natuurlijk niet dat er nergens anders gekleurde zwanen kunnen zijn. Maar zo gauw je een zwarte zwaan hebt gezien, heb je bewezen dat niet alle zwanen wit zijn.

In de wetenschap wordt, op basis van bestaande kennis en een theorie of model een toetsbare voorspelling gedaan, die met een experiment of een meting kan worden getest. Maar, als je experiment of je meting oplevert wat je model of theorie heeft voorspeld, kun je niet concluderen dat die theorie of dat model waar is. Je hebt alleen niet bewezen dat het niet waar is. Je kunt dan dus niet stellen dat je theorie of model niet waar is. Als de hypothesen uit je model of theorie vaak door metingen of experimenten bevestigd worden, weet je dus nog steeds niet 100% zeker dat je theorie of model waar is. Wat je wel weet is dat de hypothesen die je hebt opgesteld alle tests hebben overleefd. Je doet er dan verstandig aan om, zowel in de zuivere als in de toegepaste wetenschap, de theorie of het model te blijven gebruiken. Zij voorspellen immers steeds weer wat je bij toepassing daarvan kunt verwachten.
Lees verder

Een wetenschappelijke check van klimaatmodellen

Schematische weergave van de stralingsbalans van de aarde. Bron: IPCC WG1 AR5

De spelers en volgers van ClimateBallTM kennen natuurlijk de gemakzuchtige pseudosceptische retoriek over klimaatmodellen die niet zouden deugen. Die is steevast gebaseerd op de misvatting dat klimaatmodellen een soort glazen bollen zouden zijn, die elk detail in het klimaat moeten kunnen voorspellen. Terwijl klimaatwetenschappers er geen geheim van maken dat dat niet zo is en dat modellen zeker hun beperkingen en onzekerheden hebben.

Klimaatmodellen simuleren de fysische processen in het klimaatsysteem. Die simulaties kunnen een beeld geven van het effect van veranderingen in de energiebalans (stralingsforceringen in klimaatterminologie) op die fysische processen. En van de interne variabiliteit in die processen. Niet al die factoren zijn voorspelbaar op basis van de fysica in de modellen. Klimaatmodellen voorspellen geen vulkaanuitbarstingen of wisselingen in zonneactiviteit en de toevallige schommelingen op korte termijn binnen het klimaatsysteem zijn ook niet voorspelbaar. Maar dat wil nog niet zeggen dat modellen de onderliggende fysica niet goed simuleren. En dat laatste bepaalt hoe bruikbaar een klimaatmodel voor bepaalde toepassingen en projecties is.

Waar pseudosceptici al jaren zijn blijven hangen in hun opwinding over het feit dat klimaatmodellen niet kunnen voorspellen wat op basis van de gesimuleerde fysica niet voorspelbaar is, pakt de wetenschap het anders aan. Wetenschappers zoomen in op de processen in en de eigenschappen van het klimaatsysteem die de modellen werkelijk simuleren. Ze zoeken naar verschillen tussen de simulaties en waarnemingen en naar verschillen tussen simulaties onderling. Dat doen ze niet om een makkelijk goed/fout-oordeel uit te kunnen spreken over modellen. Of over waarnemingen. Wetenschappers zoeken zo naar kennis en begrip. Als een wetenschapper begrijpt waarom een model afwijkt van de observaties, begrijpt hij iets meer van het systeem. En daarmee kan het model verbeterd worden. Dit geldt overigens niet alleen voor complexe klimaatsimulaties, maar voor elk wetenschappelijk model. En dus voor elke wetenschappelijke theorie, verklaring, of formule. Lees verder

Is de opwarming van de aarde nog te beperken tot 1,5°C?

Reactie van de auteurs op de onjuiste berichtgeving in de media over hun artikel.

Er was de afgelopen week weer eens de nodige opschudding in de klimaatwereld. Aanleiding was een artikel van grotendeels Britse klimaatonderzoekers in Nature Geoscience. Of eigenlijk, zo vermoed ik tenminste, het bericht hierover van The Independent. Die krant heeft niet de gewoonte de menselijke invloed op het klimaat te ontkennen, maar had nu de subkop: “Previous climate models may have been ‘on the hot side’ ”. Het spreekt voor zich dat de welbekende desinformatiekanalen daar gretig bovenop doken en het nog eens stevig aandikten om aldus tot de conclusie te komen dat de Grote Ommekeer in de mainstream klimaatwetenschap nu werkelijk was begonnen. Onzin natuurlijk. De onderzoekers zagen zich, twee dagen nadat hun artikel in Nature Geoscience was verschenen, genoodzaakt dit duidelijk te maken in een bericht op de website van de universiteit van de hoofdauteur en wat uitgebreider in een ingezonden stuk in The Guardian.

Het artikel – “Emission budgets and pathways consistent with limiting warming to 1.5 °C” van Richard J. Millar et al. – behandelt bijzonder complexe materie. Toch zijn een paar oogopslagen op de resultaten voldoende om te zien dat van een Grote Ommekeer in de klimaatwetenschap geen sprake kan zijn. Die resultaten vallen namelijk keurig binnen de waarschijnlijkheidsintervallen zoals die steeds worden aangegeven door de wetenschap, onder meer in de rapportages van het VN klimaatpanel IPCC. Sterker nog, het draait hier om iets dat duidelijk door het IPCC is aangegeven in hun laatste rapport: het zwarte vlekje linksonder in onderstaande afbeelding (figuur 2.3 uit het AR5 Synthesis Report). Dat vlekje laat zien dat de temperatuur in het eerste decennium van deze eeuw iets onder het gemiddelde lag – maar wel ruim binnen de onzekerheidsmarges – van wat was berekend op basis van de geschatte cumulatieve CO2-emissies. Millar et al. hebben die afbeelding geactualiseerd tot 2015 en zien dan hetzelfde verschijnsel. Dat zou implicaties kunnen hebben voor het zogenaamde koolstofbudget: de totale hoeveelheid CO2 die we nog uit kunnen stoten om de opwarming beneden een bepaalde grens (meestal 1,5 of 2°C) te houden. Lees verder