Categorie archief: Klimaatwetenschap

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

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

Deze koudegolf is zeldzaam, maar lag in lijn der verwachting. Zelfs specifiek voor (februari) 2021

Gastblog van Rolf Schuttenhelm

Nederland is in de greep van een ‘ouderwetse’ koudegolf. Opmerkelijk, voor wie zich bewust is van de langetermijntrend van de Nederlandse winters, die sinds 1950 al ruim 2 graden zijn opgewarmd, en circa 3 graden sinds 1800 – een opwarming die nog lang niet afgelopen is.

Toch is deze vorst binnen de opwarmende trend eerder achterstallig, dan een terugval. Een paar jaar geleden becijferde het KNMI de jaarlijkse kans op een winter met voldoende kou voor een Elfstedentocht nog op 8 procent. Eens in de 12 jaar dus, statistisch.

Maar in realiteit wachten we al ruim twee keer zo lang, sinds 1997 – de laatste winter die op basis van het koudegetal nog officieel classificeert als ‘koud’ (de schaatswinter van 2010 was ‘normaal’, die van 1985 de laatste ‘zeer koude’ en die van 1963 de laatste ‘strenge’ – alles gerekend in het Hellmanngetal, een maat voor cumulatieve vorst).

Het moest er dus wel een keer van komen, óók in een opwarmend klimaat. Bovendien zijn en blijven op onze breedtegraad juist in de winter uitschieters normaal: Nederland kent een veel groter temperatuurverschil tussen een zachte en koude winter, dan tussen een hete en koele zomer.

Maar zagen we deze koudegolf niet al van wat verder aankomen? De officiële lezing is dat ‘seizoensverwachtingen’ – ruim voorbij de horizon van de (inmiddels behoorlijk betrouwbare) 14-daagse weersverwachting – het domein zijn van commerciële charlatans. Je kunt er even flink mee scoren in de media (vooral met koud weer!), en scoren betekent ‘click & views’ en dus advertentie-inkomsten. Dat de jaarlijks voorspelde horrorwinter steevast niet kwam, had voor de commerciële weersverwachters nooit gevolgen – het jaar daarop kregen ze in dezelfde media toch wel weer gehoor met een volgend kulverhaal.

Onderschrift: Overzicht van koudegolven en Elfstedentochten. Bron: Datagraver, op basis van data KNMI. De laatste koudegolf dateert van 2011.

Lees verder

Wat weten we over klimaatverandering

Wat weten we zoal over de huidige klimaatverandering, ondanks de complexiteit van het klimaatsysteem? De kortst mogelijke samenvatting komt hierop neer:

  • Het warmt op
  • Dat komt door de mens
  • Dat heeft verstrekkende gevolgen
  • Er zijn dingen die we kunnen doen om de risico’s te beperken

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 dat 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.

Dit is een korte samenvatting van wat in meer detail wordt besproken in het boek Wat iedereen zou moeten weten over klimaatverandering (verschenen bij Prometheus) en in het hoorcollege Kennis van klimaat (verschenen bij Home Academy).

Inhoudsopgave

  1. Het broeikaseffect
  2. De rol van CO2 in het klimaat
  3. Het klimaat verandert in hoog tempo
  4. Oorzaken van klimaatverandering
  5. Toekomstprojecties
  6. Gevolgen van klimaatverandering
  7. Er zijn dingen die we kunnen doen

En een uitgebreide opsomming van aanbevolen literatuur en websites.

Deze blogpost is ook te lezen op de statische pagina wat weten we en te downloaden als brochure (15 pagina’s) of (een verkorte versie) als factsheet factsheet. 

Lees verder

Zeespiegelvariabiliteit in en rondom de Noordzee

Gastblog van Tim Hermans

Natuurlijke schommelingen in het jaarlijks gemiddelde zeeniveau in de Noordzee kunnen oplopen tot meer dan 10 centimeter, bijvoorbeeld in Den Helder. Die grote variaties van het ene op het andere jaar vormen een belangrijk deel van het lokaal gemeten zeespiegelsignaal in relatief korte observatie-reeksen zoals satellietmetingen (beschikbaar vanaf 1993). Bij het bepalen van de mondiaal gemiddelde zeespiegelstijging op basis van satellietmetingen (iets meer dan 3 mm/jaar in de periode 1993-2015; Oppenheimer et al., 2019), speelt inter-jaarlijkse variabiliteit een relatief kleine rol. Dit omdat de zeespiegelvariabiliteit in verschillende regio’s dan min of meer wordt uitgemiddeld. Echter, regionaal kan natuurlijke variabiliteit van het zeeniveau op korte termijn de zeespiegelstijging als gevolg van klimaatverandering overschaduwen. Dit bemoeilijkt ook de vergelijking (bijvoorbeeld in de Zeespiegelmonitor, 2018) tussen recente waarnemingen en projecties van regionale zeespiegelstijging in scenario’s voor de toekomst (bijvoorbeeld van Van den Hurk et al., 2014 of Vermeersen et al., 2018) of tussen waarnemingen en projecties van opwarming. Die projecties zijn namelijk gebaseerd op klimaatmodellen, die wel zeespiegelvariabiliteit simuleren, maar niet per se met dezelfde timing als zeespiegelvariabiliteit in de werkelijkheid.

Regionale zeespiegelstijging of zelfs een versnelling van die stijging zou een stuk makkelijker te detecteren zijn zonder inter-jaarlijkse zeespiegelvariabiliteit. Voor een deel van de variabiliteit van het zeeniveau kun je corrigeren, mits je goed begrijpt wat de oorzaak hiervan is. Een studie uit 2017 van Theo Gerkema (NIOZ) en Matias Duran-Matute (TU Eindhoven) (Gerkema and Duran-Matute, 2017) is hier een mooi voorbeeld van. Gerkema en Duran-Matute laten zien dat de inter-jaarlijkse variabiliteit van de zeespiegel aan de Nederlandse kust nauw samenhangt met de gemiddelde kracht en de richting van de wind in dat jaar. In een jaar waarin er gemiddeld een sterke wind vanuit het (zuid)westen waait is het gemiddelde zeeniveau aan de Nederlandse kust hoger, en andersom, omdat de wind het water als het ware opstuwt in richting van de Nederlandse kust. Het resultaat is een positieve correlatie tussen het jaarlijks gemiddelde zeeniveau en windenergie in de west/oost richting. Het gemeten windsignaal kun je vervolgens gebruiken om het gemeten zeeniveau te corrigeren voor schommelingen die worden aangedreven door de wind. Het resultaat is een meetsignaal met een stuk minder ruis, waardoor de foutmarge van de geschatte zeespiegeltrend met een factor 4 kan afnemen (Gerkema and Duran-Matute, 2017).

Een ander voorbeeld van inter-jaarlijkse variabiliteit is te zien in klimaatmodellen. Voor dezelfde klimaatmodellen als waarop zeespiegelprojecties voor de 21e eeuw gebaseerd zijn (bijv. Church et al., 2013; Van den Hurk et al., 2014; Vermeersen et al., 2018), zijn ook simulaties beschikbaar waarbij de concentratie broeikasgassen in de atmosfeer constant wordt gehouden op het niveau van voor de industriële revolutie (zogenaamde ‘pre-industrial control runs’, Taylor et al., 2012). Ondanks dat het zeeniveau in deze simulaties dus niet wordt beïnvloed door klimaatverandering, zijn er in zulke simulaties over periodes van 20 jaar toch trends in het zeeniveau van meer dan 2 mm/jaar in de Noordzee te vinden (Tinker et al., 2020). Die trends moeten dus wel worden veroorzaakt door de interne variabiliteit van het model. De trend in het zeeniveau in de Noordzee zoals afgeleid uit satellietmetingen is ongeveer net zo groot (Sterlini et al., 2017), en dus niet zo makkelijk van die variabiliteit te onderscheiden.
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

Klimaatverandering is van alle tijden

Klimaatverandering is niet iets dat alleen in de huidige tijd plaatsvindt. Het is van alle tijden zoals de dooddoener al aangeeft waar pseudosceptici soms mee aan komen zetten. De klimaatveranderingen van de afgelopen 66 miljoen jaar zijn in een artikel in Science van afgelopen september opnieuw voor het voetlicht gebracht. Ja, ik weet het, ik loop een beetje achter de feiten – eh artikelen – aan, maar het overzicht van Westerhold et al. is te mooi om zomaar te laten passeren.

De temperatuur van het verre verleden kan worden afgeleid uit de verhouding van zuurstofisotopen (zuurstof-18/zuurstof-16) zoals die voorkomen in het kalskelet van zeediertjes, de foraminiferen. Via boringen in de zeebodem kan men kalkskeletjes opdiepen van heel lang geleden. Hoe dieper, hoe ouder de laag en daarmee ook de ouderdom van de kalkskeletjes. Zo ontstaat een klimaattijdmachine in de vorm van restanten van dode zeediertjes. Westerhold en collega’s (waaronder prof. Lourens van de UU) hebben alle beschikbare data van eerdere onderzoeken opnieuw geanalyseerd, gedateerd en aangevuld met nieuwe gegevens om gaten die in de oudere data zaten zo goed mogelijk op te vullen. Het beeld van eerdere onderzoeken (zie bijv. Zachos 2001, Hansen 2013) gaat hiermee niet overboord, maar wordt wel uitgebreid op detailniveau. In figuur 1 hieronder is het gevonden temperatuurverloop weergegeven, aangevuld mogelijke toekomstige temperaturen volgens IPCC-scenario’s.

Figuur 1. Het temperatuurverloop van de afgelopen 66 miljoen jaar, aangevuld met temperatuurreconstructies van de afgelopen 20.000 jaar en de temperatuurprojecties volgens enkele IPCC-scenario’s. Bovenaan de geologische tijdperken en de verdeling in klimaatmodi (Warmhouse – Hothouse – Coolhouse – Icehouse) van Westerhold et al.. Onderaan een schatting van de atmosferische CO2-concentratie. De rode lijn daarin, bij ca. 600 ppm, geeft de grenswaarde aan waarbij tijdens de overgang van het Eoceen naar het Oligoceen de ijskappen werden gevormd. Bron: Westerhold et al. figuur S34.

Lees verder

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.