Categorie archief: Klimaatwetenschap

Kennis van klimaat: een hoorcollege over de wetenschappelijke inzichten en de maatschappelijke discussie over klimaatverandering

 

Ik heb een hoorcollege opgenomen over klimaatverandering, beschikbaar via Home Academy. Het volgt dezelfde lijn als mijn boek (al is de volgorde net iets anders). Dat zie je ook terug in de samenvatting:

 

In het publieke debat lopen de meningen over klimaatverandering sterk uiteen, ook over feitelijke aspecten die wetenschappelijk gezien heel helder zijn. Voor een zinnige maatschappelijke discussie is het belangrijk om de wetenschappelijke inzichten goed in beeld te hebben. De basis van onze kennis is in de 19de eeuw gelegd door bekende en minder bekende natuurkundigen. Toen al werd voorspeld dat de uitstoot van CO2 tot opwarming van de aarde zou leiden, lang voordat het door metingen zou worden bevestigd. Ook in het verre verleden blijkt CO2 vaak een sleutelrol te hebben vervuld in de forse klimaatveranderingen die de aarde heeft doorgemaakt. De huidige opwarming gaat naar verhouding pijlsnel en wordt hoofdzakelijk door menselijke activiteit veroorzaakt.

Bart Verheggen schept duidelijkheid door niet alleen aan te geven wat we zoal weten over klimaatverandering, maar ook hoe we dat weten. Daarnaast reflecteert hij als wetenschapper op de dynamiek van het publieke debat. Waarom stuiten de wetenschappelijke inzichten bij sommige mensen op zoveel weerstand? Veelgehoorde misvattingen over klimaatverandering passeren de revue.

Een hoorcollege opnemen in een studio is heel wat anders dan het schrijven van een boek. Sowieso voelt het in het begin een beetje raar om in een microfoon te praten, zonder publiek (afgezien van twee mensen van Home Academy). Op zich praat ik vrij gemakkelijk en ongedwongen, maar wel op een hoog tempo, zeker in vergelijking met de heel rustige inleiding van Folef van Nispen. Een geluidsfragment is hier te horen:

Je kunt een synopsis van het hoorcollege downloaden, waarin een aantal belangrijke grafieken staan die verduidelijken wat ik in het hoorcollege probeer te beschrijven. Dit is in feite een iets uitgebreidere versie van de samenvatting van het boek. Er zit ook een uitgebreide lijst met aanbevolen literatuur bij. Daarnaast is de referentielijst bij het boek handig voor mensen die over specifieke onderwerpen meer willen lezen, evenals de lijst met blogposts, gerangschikt per hoofdstuk/onderwerp.

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

Hoe koud was het tijdens de laatste ijstijd?

De laatste ijstijd spreekt nog altijd tot de verbeelding. Heel veel ijs, kilometers dikke ijskappen op Noord-Amerika en het noorden van Europa en een zeespiegel die circa 120 meter lager stond dan nu het geval is. De periode waarin de ijskappen het grootst waren noemt men het Laatste Glaciale Maximum, afgekort met LGM. Wetenschappers houden van afkortingen. Het LGM is waarschijnlijk ergens tussen 19.000 tot 21.000 jaar geleden geweest (IPCC AR5 – blz. 389). Dat het tijdens de laatste ijstijd op aarde veel kouder was dan nu het geval is, is natuurlijk een open deur. Maar hoeveel kouder? Dat is een vraag die diverse klimaatonderzoekers nog altijd volop bezighoudt. Het IPCC meldde in 2013 (blz. 405) dat het tijdens het LGM zeer waarschijnlijk 3 tot 8 graden kouder was dan in de periode voor de industriële revolutie. Een wel heel ruime range, wat aangeeft hoe groot de onzekerheid hierover nog is. Recent heeft een groep onder leiding van Jessica Tierney opnieuw het LGM onder de loep genomen en in Nature hebben ze daar verslag van gedaan: “Glacial cooling and climate sensitivity revisited”.

De kennis over de staat van het klimaat tijdens het Laatste Glaciale Maximum geeft een mogelijkheid om klimaatmodellen te verifiëren en kan een idee geven over de begrenzingen van de klimaatgevoeligheid. Onderzoek naar het LGM is naast kennisopbouw over het verleden dus ook van belang voor het beter begrijpen van de huidige gevolgen van de stijgende broeikasgasconcentraties. Tierney e.a. hebben hiertoe meer dan 600 proxy’s voor de temperatuur van het zeeoppervlak voor zowel de periode rond het LGM als de laatste 4000 jaar van de periode voor de industriële revolutie bestudeerd. De proxy’s die gebruikt zijn, zijn vanwege de gebruikte rekenmodellen allemaal gebaseerd op veranderingen in isotopenverhoudingen. Zoals bijvoorbeeld de verhouding tussen de zwaardere en lichtere zuurstofatomen (resp. 18O en 16O) in het proxymateriaal. Om vervolgens een idee te krijgen van de temperatuur op de gehele aardbol is een speciaal klimaatmodel gebruikt dat ook variaties in isotoopverhoudingen kan simuleren. De figuur hieronder (bron) geeft het gevonden verschil weer in de temperatuur tussen de pre-industriële periode en het LGM. Hoe blauwer hoe kouder. De grote witte plekken zijn een weergave van de aanwezigheid van ijskappen.

De blauwe wereldkaart laat zien dat het vooral in het Arctische gebied volgens dit onderzoek veel kouder was dan gemiddeld, tot wel 14 graden kouder dan voor de industriële revolutie. Overeenkomstig de Arctische amplificatie van mondiale temperatuurveranderingen (zowel in positieve als negatieve richting) als gevolg van veranderingen in de stralingsbalans zoals door veranderingen in de broeikasgasconcentraties. Als deze concentraties stijgen neemt de temperatuur in het Noordpoolgebied sneller toe dan in de rest van de wereld en het omgekeerde is het geval als deze concentraties dalen. Tijdens het LGM was het volgens Tierney et al. wereldgemiddeld 6,1 °C kouder dan in de paar duizend jaar voordat James Watt met zijn stoommachine op de proppen kwam. Dus ongeveer in het midden van de ruime IPCC-range van 3 tot 8 °C. De grafiek hieronder geeft een vergelijking van hun resultaten met eerdere studies.

De resultaten van Tierney et al. komen goed overeen met verschillende andere studies naar de temperatuur tijdens het LGM, maar er zijn echter ook drie studies die een afwijkend resultaat lieten zien. Tierney en collega’s geven geen verklaring voor de verschillen met deze drie studies. Hier zit ook de bekende temperatuurreconstructie van Shakun et al. (SH12) tussen. Tierney et al. wijzen uiteraard wel op de tekortkomingen in hun onderzoek. Zo zijn de door hun gebruikte temperatuurproxy’s bijna allemaal afkomstig uit kustgebieden en is er maar één model gebruikt om daaruit de temperatuur van de gehele aardbol af te leiden. Er blijven derhalve nog zeker wetenschappelijke vraagtekens bestaan over het LGM en het temperatuurverschil met het einde van het Holoceen.

Het door Tierney et al. gevonden temperatuurverschil kan worden gebruikt voor het berekenen van de klimaatgevoeligheid. Hiervoor wordt het temperatuurverschil gecombineerd met eerder door anderen gevonden verschillen in onder andere de broeikasgasconcentraties, het oppervlak aan ijs en de aerosolen. Zo was de CO2-concentratie tijdens het LGM circa 190 ppm en de methaanconcentratie circa 500 ppb, veel lager dan nu met concentraties van respectievelijk circa 410 ppm en 1870 ppb. Tierney et al. berekenen een klimaatgevoeligheid van 3,4 °C (95% interval van 2,4 – 4,5 °C). Dat komt goed overeen met de resultaten van een recente en heel uitgebreide analyse die aangaf dat de klimaatgevoeligheid waarschijnlijk  tussen 2,3 en 4,5 °C (66% interval) ligt. Het artikel van Tierney et al. sluit af met het statement dat hun resultaten laten zien dat de klimaatgevoeligheid vrijwel zeker groter is dan 2 °C. Sommigen hopen nog dat een heel lage klimaatgevoeligheid tot de mogelijkheden behoort en dat zou ervoor kunnen zorgen dat de toekomstige temperatuurstijging wat mee zal vallen. Dat lijkt helaas steeds meer een vorm van wensdenken te zijn.

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

Een evaluatie van attributiemethoden. Maar van welke precies?

Een inventieve toepassing van het single study syndrome door xkcd

Een week of wat geleden trok een artikel in Science Advances, het open access filiaal van Science, mijn aandacht: Verification of extreme event attribution: Using out-of-sample observations to assess changes in probabilities of unprecedented events van Noah Diffenbaugh. De conclusie van Diffenbaugh is pittig: de methodes die worden gebruikt voor de attributie van extreem weer zouden het effect van klimaatverandering vaak flink onderschatten. Ik besloot het artikel te lezen, en er misschien wel iets over te schrijven.

Maar eerst keek ik even naar wat berichten die er al over op internet stonden. Science Advances geeft een handig overzicht van die berichten. En daar viel me iets op: veel van die artikelen schrijven wel iets over een onderschatting, maar wat er precies onderschat wordt is niet altijd even duidelijk. Er wordt nogal eens geschreven dat het om de voorspelde toename van extreem weer zou gaan, in plaats van over attributie. En dat is toch echt iets anders: attributie is geen voorspelling maar een analyse achteraf. Zelfs Stanford, het instituut waar Diffenbaugh werkt, heeft het over “more extreme weather than predicted“. Een slordigheidje van de voorlichters, misschien? Lees verder

West-Antarctica en de Thwaitesgletsjer

Het lijkt welhaast eeuwen geleden, maar tot in februari zijn wij drukdoende geweest met het schrijven van een boek en wat daarbij (en daarna) zoal komt kijken. Het lezen van allerlei nieuwe artikelen over het klimaat die mij interesseren was er nogal bij ingeschoten. Het fijne daarvan is dan weer dat ik nu een dikke digitale stapel over van alles en nog wat heb liggen om eens te bekijken. In die stapel zat een artikel over West-Antarctica en de Thwaitesgletsjer en vol goede moed was ik daar eind februari ingedoken, tot het Corona-virus toch vrij plotseling mijn wereldje en aandacht begon te domineren. Inmiddels is dat een beetje gezakt en heb ik de West-Antarctica-draad opnieuw opgepakt. Bij mij wil het bekijken van zo’n artikel wel eens ietwat uit de hand lopen, het gevolg daarvan staat onder dit overzichtsplaatje van West-Antarctica.

Figuur 1. Overzicht van West-Antarctica. Bron: CarbonBrief.

West-Antarctica staat al erg lang in de belangstelling van de wetenschap. Al in 1968 was er een glacioloog, John Mercer, die het volgende schreef:

“If the apparent warming trend is real and continues until hypsithermal [met hypsithermal bedoelt men de warme periode in het begin van het Holoceen – JH] conditions are reached and exceeded, whether because of industrial pollution of the atmosphere or for any other reason, the West Antarctic Ice Sheet will become a threat to coastal areas of the world within 6 m of sea level.”

Tien jaar later werkte Mercer dit verder uit in een Nature artikel dat ging over de mogelijke gevolgen van het versterkte broeikaseffect op de ijskap van West-Antarctica. Mercer schreef daarin het volgende:

“If the CO2 greenhouse effect is magnified in high latitudes, as now seems likely, deglaciation of West Antarctica would probably be the first disastrous result of continued fossil fuel consumption. A disquieting thought is that if the present highly simplified climatic models are even approximately correct, this deglaciation may be part of the price that must be paid in order to buy enough time for industrial civilisation to make the changeover from fossil fuels to other sources of energy”.

Mercer trok zijn conclusies uit de toenmalige kennis over de ijskap tijdens het geologische verleden en de nog ruwe kennis over het gegeven dat de ondergrond van de ijskap onder de zeespiegel lag. Het vervuilen van de atmosfeer met een berg broeikasgassen is ons in ieder geval gelukt en het afsmelten van de ijskappen op West-Antarctica is gaande en aan het versnellen. Het IPCC rapporteerde in hun SROCC-rapport van 2019 een massaverlies van 53 gigaton aan ijs over 1992-1996 en 159 gigaton over 2012-2016 voor alleen al dat gebied.
Lees verder

Reconstructie van het Arctisch zee-ijs vanaf 1850

Zeeijs-extent in het Noordpoolgebied. In blauw het verloop in dit jaar, in rood het recordjaar 2012, donkergrijs de bandbreedte waar 50% van de waarmeningen in valt en lichtgrijs de bandbreedte van 80% van de waarnemingen. Bron: Charctic/NSIDC

Het leek er even op dat het weer in Nederland dit jaar de lente over zou slaan, zoals het ook de winter heeft overgeslagen, en dat we dus in een keer vanuit een lange herfst de zomer in zouden schieten. Maar ondertussen is het toch lente geworden. Ook in het Noordpoolgebied, waar het elk jaar nog wel echt winter is, is het voorjaar. Het smeltseizoen is daar alweer een tijdje onderweg. Het gaat op het moment vrij hard, zoals de grafiek hierboven laat zien. Veel voorspellende waarde heeft dat niet. Het minimum-record voor zee-ijs dateert van 2012 en toen was er in deze tijd van het jaar nog niets bijzonders aan de hand. Het kan, kortom, nog alle kanten op. Hieronder de trend voor de maand september, de maand waarin de hoeveelheid Arctisch zee-ijs zijn jaarlijkse minimum bereikt. De variabiliteit van jaar tot jaar is vrij groot en dus kan het best nog een tijd duren tot het record van 2012 wordt verbroken.

Arctisch zee-ijs in september, de maand waarin het minimum optreedt. Bron: NSIDC

Lees verder