Categorie archief: Klimaatwetenschap

De oorzaak van de opwarming

De huidige klimaatverandering komt door de mens, zo horen we vaak. Zo stond er in het meest recente IPCC rapport: “It is unequivocal that human influence has warmed the atmosphere, ocean and land.” Hoe weten we dat zo zeker? Een duik in de achterliggende wetenschap.

Lang was het dominante idee dat de nietige mens geen invloed kon hebben op zoiets groots als het aardse klimaatsysteem. Toen Svante Arrhenius eind 19e eeuw becijferde dat de uitstoot van kooldioxide tot opwarming zou leiden, werd hij dan ook niet meteen geloofd. Integendeel, veel collega-wetenschappers waren sceptisch. Zo ging men ervan uit dat alle extra CO2 door de oceanen zou worden opgenomen. Het duurde tot halverwege de 20ste eeuw voordat er systematisch metingen werden gedaan en toen bleek al snel dat de CO2-concentratie in de lucht sterk opliep. Sinds de jaren ’70 van de vorige eeuw is de voorspelde opwarming ook duidelijk zichtbaar geworden in temperatuurmetingen over de hele wereld.

“Science cartoon” van Katherine Leitzell, Communications Manager voor het IPCC

De wetenschap gaat niet over één nacht ijs. Maar intussen zijn er vele nachten verstreken en kunnen we de balans opmaken: wat weten we over de oorzaken van de huidige opwarming? Er zijn veel factoren die het klimaat beïnvloeden en ook in het verre verleden is het klimaat aan flinke veranderingen onderhevig geweest. Toen waren er nog geen mensen, geen auto’s, geen industrie en geen landbouw. De studie van die klimaatveranderingen in het verre verleden heeft veel kennis opgeleverd. Daaruit blijkt onder andere dat CO2 een heel belangrijke regulerende werking heeft op het aardse klimaatsysteem. De Amerikaanse geoloog Richard Alley noemt CO2 zelfs de ‘controleknop van het klimaatsysteem’.

Lees verder

Nieuws over de Thwaitesgletsjer


Foto: Aleksandra Mazur

Ergens tussen alle Coronapersconferenties in was er ook eentje van een stel wetenschappers over hun bevindingen van verschillende onderzoeken op, onder en in de Thwaitesgletsjer. Waarschijnlijk is deze laatste persconferentie niet zo goed bekeken als die van Rutte, De Jonge en Van Dissel, maar zij is wel degelijk interessant en ook de ijswetenschappers hadden helaas niet zo’n goed nieuws. De Thwaitesgletsjer is een grote gletsjer gelegen op West-Antarctica. De gletsjer is aan de zeezijde circa 120 km breed met een totale oppervlakte vergelijkbaar met die van Groot-Brittannië en bevat een hoeveelheid ijs die, indien alles zou smelten, overeenkomt met 65 cm zeespiegelstijging. Als gevolg van de opwarming van de aarde ondergaat deze gletsjer grote veranderingen, het is een van de snelst stromende gletsjers met een groot massaverlies. Deze gletsjer staat daarom volop in de belangstelling van de wetenschap, zie ook ons stuk daarover van april 2020: West-Antarctica en de Thwaitesgletsjer.

De persconferentie van de Thwaites-onderzoekers was op maandag 13 december op de jaarlijkse grote bijeenkomst van de American Geophysical Union. Enkele zaken daaruit die ik interessant vond beschrijf ik in het kort in dit blogstuk. Een stuk met reacties van Nederlandse onderzoekers is op NU.nl te vinden. Onderaan het blogstuk is de volledige persconferentie te bekijken.

De schematische weergave hieronder illustreert de belangrijkste aanjagers van grote veranderingen en zelfs een mogelijke ondergang van het oostelijk deel van de ijsplaat van de Thwaitesgletsjer. Deze ijsplaat drijft weliswaar op het water, maar geeft ook steun aan de achterliggende gletsjer, waarvan een substantieel deel boven de zeespiegel ligt.


Lees verder

Wat doet klimaatverandering met tornado’s?

Afgelopen vrijdag werd de VS getroffen door enkele tientallen tornado’s. Vooral het stadje Mayfield in het zuidwesten van Kentucky werd zwaar geraakt. Er vielen waarschijnlijk meer dan honderd doden en van veel gebouwen in het stadje bleef weinig tot niets over. Bij dergelijk extreem weer komt natuurlijk de vraag op of er een invloed van klimaatverandering is. Als het over tornado’s gaat is de vraag niet eenvoudig te beantwoorden.

De meest dodelijke tornado uit de geschiedenis vond bijna een eeuw geleden plaats. Die tornado wordt de Tri-State tornado genoemd, naar de drie staten waar hij op 18 maart 1925 tijdens zijn 352 kilometer lange pad over trok: Missouri, Illinois en Indiana. Het dodental bedroeg 695. De kans op zo’n groot aantal slachtoffers is tegenwoordig aanzienlijk kleiner, hoewel ook de meeste moderne gebouwen niet opgewassen zijn tegen de kracht van een tornado uit de zwaarste categorie. De windsnelheid ligt in zo’n tornado boven de 419 km/uur en kan soms zelfs oplopen tot meer dan 500 km/uur. De belangrijkste vooruitgang wordt gevormd door de sterk verbeterde waarschuwingssystemen, dankzij ontwikkelingen in de telecommunicatie, maar ook in radarsystemen, weermodellen en satellieten. De bevolking kan tegenwoordig ruim van tevoren worden gewaarschuwd om alert te zijn op mogelijke tornado’s. En zodra een tornado wordt waargenomen wordt er alarm geslagen in het gebied dat op een mogelijk pad van de tornado ligt. Wel is de eerste waarneming van een tornado vaak nog visueel. Nachtelijke tornado’s, zoals die in Mayfield, zijn daarom gevaarlijker.

Lees verder

Een nieuwe temperatuurreconstructie van de afgelopen 24.000 jaar

Temperatuurreconstructie van Osman et al., aangevuld met toekomstprojecties volgens verschillende emissiescenario’s

In 2013 scoorde mede-blogger Jos een wereldhit met The Wheelchair. De Wheelchair bestond uit:

De afbeelding hierboven, uit een artikel van Ars Technica, is een geactualiseerde versie van die grafiek, gebaseerd op een deze maand verschenen temperatuurreconstructie van de afgelopen 24.000 jaar door onderzoekers van de Universiteit van Arizona. Eerste auteur is Matthew Osman. De periode omvat het hele Holoceen, maar ook de periode uit de laatste ijstijd waarin de ijskappen het grootst waren, het Laatste Glaciale Maximum (LGM).

Aan de grote lijn is niet heel veel veranderd. Na het LGM begon de deglaciatie, de overgang vanuit de ijstijd naar het interglaciaal. Zo’n 12.000 jaar geleden zat er een dipje in de temperatuurstijging, de Jonge Dryas genaamd. En ongeveer 9.000 jaar geleden stabiliseerde de temperatuur, tot aan de industriële revolutie. Dat de temperatuur daarna weer is gaan stijgen – en vooral in de laatste halve eeuw in hoog tempo – zal voor de bezoekers van ons blog geen nieuws zijn. De afbeelding hieronder, afkomstig uit een commentaar in Nature van Marcott en Shakun over het onderzoek van Osman, laat de reconstructie zien zonder toegevoegde projecties.

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

Wat het asgrauwe schijnsel van de maan zegt over de albedo van de aarde

“There is no dark side in the moon, really. Matter of fact, it’s all dark. The only thing that makes it look light is the sun.”
(Gerry O’Driscoll, portier van Abbey Road Studios, op The Dark Side of the Moon van Pink Floyd)

Vandaag laat ik een keer alle maatschappelijke relevantie en urgentie van klimaatverandering voor wat die is. In dit stuk komt de wetenschapsnerd in mij aan het woord. Die wetenschapsnerd wordt nog regelmatig verrast door de combinatie van inventiviteit en vakkennis waarmee onderzoekers te werk gaan om meer te weten te komen over het klimaat. Zelfs de maan blijkt een bron van informatie.

Natuurlijk had Gerry O’Driscoll gelijk. De maan geeft zelf geen licht. Maanlicht is gereflecteerd zonlicht. Maar de maan ontvangt niet alleen direct zonlicht. Zoals de maan aardig wat licht kan geven in een donkere nacht op aarde, kunnen maannachten verlicht worden door de aarde. Dat is vooral goed te zien in de nachten kort voor en na een nieuwe maan. Op de maan is het dan bijna volle aarde. Een deel van het aardlicht wordt vanaf het maanoppervlak weer weerkaatst naar de aarde. Genoeg om met het blote oog te zien. Asgrauw licht of asgrauw schijnsel, zo wordt dat door de maan gereflecteerde aardlicht genoemd.

Een volle aarde geeft ongeveer honderd keer meer licht op de maan dan een volle maan op aarde. Ten eerste omdat de aarde veel groter is en dus meer zonlicht weerkaatst. Maar ook omdat de aarde een hogere albedo heeft. De albedo is de fractie van het zonlicht dat door een oppervlak wordt weerkaatst. De gemiddelde albedo van de aarde is 0,3, maar de variatie van tijd tot tijd en plaats tot plaats is groot. Versgevallen sneeuw heeft een albedo van 0,8 tot 0,9. Voor bewolking varieert het sterk: de albedo kan oplopen tot ruim 0,8 voor een dik wolkenpak, terwijl hoge sluierbewolking amper zonlicht weerkaatst. De albedo van zeewater is 0,06 en voor land varieert de waarde, onder meer afhankelijk van het type begroeiing, van ruwweg 0,05 tot 0,3. De albedo van de aarde is dus een stuk groter dan die van het land- en zeeoppervlak. Dat komt vooral door de bewolking, die een aanzienlijk deel van het aardoppervlak bedekt en daarnaast door sneeuw en ijs. De maan heeft geen atmosfeer en geen water en dus ook geen wolken, sneeuw en ijs. Dat verklaart grotendeels de lagere albedo van ongeveer 0,12. (Overigens kan de precieze waarde van de albedo afhangen van de context. De albedo voor zichtbaar licht is vaak anders dan die voor het volledige spectrum van zonnestraling. Ook de hoek van inval van het zonlicht kan invloed hebben. De getallen die in de wetenschappelijke literatuur worden genoemd kunnen daarom wat variëren)

Lees verder

Wat is nou precies de wisselwerking tussen klimaatverandering en orkanen?

Eerder gepubliceerd in de Leeuwarder Courant. Ik viel daar in voor Bart in het klimaatpanel van de krant.

De periode van half augustus tot eind oktober, wanneer het zeewater het warmst is, vormt het hoogtepunt van het Atlantische orkaanseizoen. En dus is het ook de periode waarin steevast de vraag opkomt in hoeverre klimaatverandering invloed heeft op orkanen.

Het is geen kwestie waarop een heel eenvoudig antwoord te geven is. We kunnen wel met een eenvoudig begin beginnen: een specifieke orkaan wordt nooit veroorzaakt door klimaatverandering. Zo werkt het niet. Weersverschijnselen, van een mistbank tot een orkaan, van een schapenwolkje tot een wekenlange periode van regen, worden veroorzaakt door een samenloop van allerlei omstandigheden. Al die verschillende omstandigheden kunnen beïnvloed worden door klimaatverandering. Om iets te zeggen over de invloed van klimaatverandering op orkanen en op de schade die ze kunnen veroorzaken, moeten we dus kijken naar de verschillende factoren die daar een rol een spelen.

Krachtigste orkaan

Op de schade kan de mens veel invloed hebben. Dat bleek onlangs, toen orkaan Ida over New Orleans trok. Ida was de krachtigste orkaan die daar ooit aan land was gekomen, maar het aantal slachtoffers was veel kleiner dan bij Katrina in 2005. De nieuwe kustverdediging bleek te werken, maar ook het tijdig waarschuwen en evacueren van bewoners leverde een belangrijke bijdrage. Desondanks vielen er nog tientallen doden en was er voor miljarden aan schade, niet alleen in New Orleans en omgeving, maar ook veel verder naar het noordoosten, waar overvloedige neerslag viel uit de restanten van Ida.

Natuurlijk is de harde wind van een orkaan gevaarlijk, maar de meeste schade en slachtoffers vallen door overstromingen die het gevolg zijn van de stormvloed en van de extreme neerslag die altijd samengaan met zo’n orkaan. Ida liet op sommige plekken in tweeënhalve dag meer dan 280 millimeter regen vallen, bijna een derde van wat er in Nederland gemiddeld in een jaar valt.

Het kan nog extremer. In een ander Nederland, een plaatsje in Texas, viel in 2017 anderhalve meter regen in enkele dagen, toen orkaan Harvey daar overtrok. Volgens orkaanonderzoekers zou dat in het koelere klimaat van anderhalve eeuw geleden ruwweg een kwart (15 tot 35 procent) minder zijn geweest. Nog steeds meer dan genoeg om forse overstromingen te veroorzaken, maar het is toch een behoorlijk verschil. Om dat verschil te begrijpen moeten we kijken naar hoe een orkaan werkt.

Lees verder

Het IPCC legt het nog één keer uit

De korte samenvatting: ja mensen we weten het zeker. Het klimaat warmt op door onze uitstoot van broeikasgassen, daardoor neemt extreem weer toe, smelt er steeds meer ijs en stijgt de zeespiegel steeds sneller. De toekomstige opwarming hangt in hoge mate af van de hoeveelheid broeikasgassen zoals CO2 die wij met z’n allen nog gaan uitstoten. Om te voorkomen dat de opwarming een bepaalde waarde overstijgt (bijv. 2 graden boven het gemiddelde van eind 19e eeuw) zal de netto CO2-uitstoot naar nul moeten (bijv. omstreeks 2075).

De progressie in de klimaatwetenschap zoals die in de IPCC-rapporten vastgelegd wordt, betekent niet dat er plotseling drastisch nieuwe inzichten ontstaan, maar geeft vooral meer zekerheid en duidelijkheid over bestaande inzichten. De boodschap van het IPCC is dan ook al jaren grotendeels hetzelfde zoals onderstaande cartoon zo mooi weergeeft. 

Vanaf vandaag is het nieuwe IPCC rapport van werkgroep 1 publiekelijk beschikbaar. Deze gaat over de physical science basis; werkgroep 2 gaat over de effecten en adaptatie (aanpassing); werkgroep 3 over mitigatie (emissiereductie). Hans schreef al eerder een duiding van hoe het IPCC werkt. Hier pikken we een aantal krenten uit de pap van de Summary for Policymakers (SPM) van dit nieuwe IPCC-rapport.

Vorige IPCC rapporten gaven aan hoe waarschijnlijk het was dat de opwarming sinds 1950 door menselijke uitstoot van broeikasgassen (AR4) of menselijke activiteit (AR5) was veroorzaakt. Een vergelijkbare uitspraak lijkt in AR6 SPM te ontbreken. Daarvoor in de plaats opent het rapport  met een veel simpelere – en waarschijnlijk begrijpelijkere – uitspraak:

It is unequivocal that human influence has warmed the atmosphere, ocean and land.

Lees verder

66 miljoen jaar CO2 en klimaat

Over het klimaat van de afgelopen 66 miljoen jaar, het Cenozoïcum, worden steeds meer geheimen ontsluierd. Via boringen in de zeebodem kan men afzettingen naar boven halen die heel lang geleden gevormd zijn en uit de samenstelling van die afzettingen kan men vervolgens allerlei zaken afleiden over het klimaat van de tijden die ver achter ons liggen. Hoe dieper de boring hoe verder terug in de tijd. Iets minder dan een miljoen jaar geleden, een half jaartje, hebben we hier een stuk gepubliceerd over Westerhold et al. 2020 dat een temperatuurreconstructie betrof over het Cenozoïcum. In mei van dit jaar is een review-artikel gepubliceerd, Rae et al., over het CO2-gehalte in de atmosfeer over dezelfde periode. In het review-artikel passeert veel de revue; de chemie van CO2 in zeewater, de methodiek achter de diverse CO2-reconstructies en pH-reconstructies, het klimaatbeeld over het gehele Cenozoïcum, de koppeling tussen CO2 en het klimaat in die periode en een kleine blik in de toekomst. Dit alles voorzien van veel referenties waarmee een geïnteresseerde lezer geruime tijd zoet zou kunnen zijn. Het meest in het oog springende gedeelte van het artikel is een weergave van de temperatuur, het zeeniveau en het CO2-gehalte over de afgelopen 66 miljoen jaar. Deze fraaie grafiek is hieronder weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. De temperatuur, het zeeniveau en het CO2-gehalte tijdens het Cenozoïcum, de afgelopen 66 miljoen jaar. De data zijn resp. afkomstig uit Westerhold et al. 2020, Miller et al. 2020 en Rae et al. 2021.

Lees verder

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