Categorie archief: Atmosferische wetenschap

De invloed van bewolking op de warmte van 2023

Er was vorige week aardig wat aandacht voor een artikel over de rol die een afname van lage bewolking speelde bij de recordhoge gemiddelde wereldtemperatuur van 2023. Het onderzoek is uitgevoerd aan het Duitse Alfred Wegener Instituut, en de hoofdauteur is Helge Goessling. Het is zonder meer een interessant onderzoek. Maar een volledige verklaring voor de uitzonderlijke warmte is het niet. Daarvoor is het allemaal toch wat te ingewikkeld. Het zal onze lezers niet verbazen dat niet iedereen zich daar wat van aantrok. Pseudosceptici claimden weer eens hun grote gelijk, gemakshalve voorbijgaand aan het feit dat bewolking niet zomaar afneemt. Het onderzoek bewijst ook niet dat alles te maken heeft met een afname van aerosolen, door regels voor het zwavelgehalte in scheepsbrandstoffen, zoals de aanhangers van die theorie beweerden. De onderzoekers constateren juist dat er nog veel onzeker is over de onderliggende oorzaken van de afname van de bewolking.

Parallellen met ‘de pauze’

Pieken en dalen in de gemiddelde wereldtemperatuur (of in allerlei andere klimatologische variabelen) zijn meestal het gevolg van een samenloop van omstandigheden. Een decennium geleden hadden we het tegenovergestelde van de huidige situatie: een periode van enkele jaren met een temperatuur die achterbleef bij de langetermijntrend en dus ook bij de projecties van een doorgaande, gestage opwarming. Pseudosceptici hadden het over een pauze in de opwarming. En terwijl op sociale media vooral een welles-nietes discussie werd gevoerd over die ‘pauze’, zochten klimaatwetenschappers naar nieuwe kennis die de afwijking van de trend op zou kunnen leveren. Die kennis kwam er ook wel, maar dan vooral in kleine brokjes. En zeker niet in de vorm van één grote, overkoepelende verklaring. De El Niño die begon in 2015 maakte in 2016 definitief een eind aan de ‘pauze’. En als je nu naar een grafiek van het verloop van de gemiddelde temperatuur in de afgelopen anderhalve eeuw kijkt, dan is er helemaal geen uitzonderlijke pauze meer te zien. Of het met de huidige temperatuurpiek ook zo afloopt, staat natuurlijk niet vast. Maar het is wel een reële mogelijkheid.

Modelprojecties en waarnemingen (tot en met oktober 2024) volgens Berkeley Earth van de verandering van de gemiddelde wereldtemperatuur. Bron: Zeke Hausfather, The Climate Brink.

Het vorige week gepubliceerde onderzoek concentreert zich op waarnemingen. Het kijkt dus naar wat er is gebeurd, maar niet naar de onderliggende mechanismes. Het is een belangrijke eerste stap in de wetenschappelijke analyse van de hoge temperatuur die al zo’n anderhalf jaar aanhoudt, maar wel een die minstens zoveel vragen oproept als beantwoordt.  

Lees verder

Aerosolen van natuurbranden kunnen de opwarming van het noordpoolgebied versterken

De invloed van aerosolen op het klimaat is complex, en dus onderwerp van veel wetenschappelijk onderzoek. Aerosolen kunnen de albedo (het vermogen om zonlicht te weerkaatsen, ofwel de ‘witheid’) van de aarde op meerdere manieren beïnvloeden. Ze kunnen zonlicht absorberen, verstrooien en weerkaatsen. Bovendien kunnen ze fungeren als condensatiekernen, en daarmee de eigenschappen van wolken beïnvloeden.

Hoe het netto-effect van aerosolen op de temperatuur van het aardoppervlak uitvalt, hangt voor een groot deel af van vrij simpele eigenschappen van de deeltjes, zoals kleur, vorm en grootte. Die eigenschappen hangen weer af van de chemische samenstelling, van de manier waarop de deeltjes zijn ontstaan, en soms van de chemische en fysische interacties die ze aangaan met andere deeltjes of stoffen in de atmosfeer. Maar het soort gebied waar de deeltjes boven zweven kan ook veel uitmaken. Stel bijvoorbeeld dat een bepaald aerosol-deeltje precies 50% van het zonlicht dat erop valt reflecteert en de resterende 50% absorbeert. Zwevend boven een donker oppervlak, zoals het regenwoud of de oceaan, zouden zulke deeltjes de temperatuur omlaag brengen. Ze reflecteren immers meer zonlicht dan het bos of het zeewater, die 90% of nog meer absorberen. Maar dat valt anders uit boven vers gevallen sneeuw, die tot 90% reflecteert. De deeltjes absorberen dan meer van het invallende zonlicht dan het witte aardoppervlak. En ze kunnen ook nog een deel van het door de sneeuw gereflecteerde licht absorberen. In poolgebieden zouden ze het dus juist warmer kunnen maken. In elk geval in de zomer, als de zon daar niet onder gaat.

Samengevat: of de aarde door een aerosol meer reflecterend (lichter) of meer absorberend (donkerder) wordt, hangt ook af van de albedo (de ‘witheid’) van het aardoppervlak. Ook de hoogte waarop de deeltjes zweven kan ook nog uitmaken. Deeltjes die opstijgen tot boven bewolking, kunnen zonlicht absorberen dat anders deels door de bewolking zou zijn weerkaatst en bovendien een deel van het door de wolken gereflecteerde licht. Dat werkt door in de temperatuur aan het aardoppervlak, omdat de temperatuurgradiënt in de troposfeer vrij constant is (door het radiatief-convectieve evenwicht). Deeltjes die zich boven de hoogte bevinden waar de wolken ontstaan hebben natuurlijk ook geen invloed op de eigenschappen van die wolken. En ze kunnen langer blijven zweven, omdat ze niet uitregenen.

Natuurbranden in het hoge noorden

Nature Climate Change publiceerde onlangs een artikel over de invloed van aerosolen die ontstaan bij natuurbranden op de temperatuur in het noordpoolgebied. Het onderzoek concentreert zich op de uitstoot door branden in de meest noordelijke delen (boven de 55ste breedtegraad) van Noord-Amerika, Europa en Azië. Zowel het verbrande oppervlak als de intensiteit van branden is de afgelopen decennia toegenomen in deze gebieden. En daarmee ook de  uitstoot van aerosolen tijdens het zomerseizoen (juni, juli, augustus). De onderzoekers vinden voor de periode 2000 – 2020 een exponentieel (!) verband tussen de uitstoot en de temperatuur in die gebieden. Het is dus zeer aannemelijk dat de uitstoot in de toekomst verder toe zal nemen, door de verdere opwarming van het klimaat. Mogelijk zal dat niet meer volgens het exponentiële verband tussen temperatuur en uitstoot gebeuren: de beschikbaarheid van brandbaar materiaal kan op een zeker moment een begrenzing vormen.

Lees verder

Het fundament onder de moderne klimaatwetenschap is 200 jaar oud

Portret van Fourier door Julien Leopold Boilly

Sommige inzichten in het weer en het klimaat zijn oeroud. Ze gaan terug tot Meteorologica van Aristoteles, of nog  veel verder. Maar kennis van veranderingen van het klimaat is veel recenter, zeker als het over veranderingen op wereldschaal gaat. Het fundament onder die kennis werd precies 200 jaar geleden gelegd, door Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 – 1830). Die publiceerde in 1824 zijn artikel ‘Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires’ (Annales de Chimie et de Physique, 27 (1824) 136–67; in 1837 in het Engels vertaald door Ebeneser Burgess. Merkwaardig genoeg bleef een nieuwe versie van het artikel uit 1827 met enkele kleine correcties en uitwerkingen ruim een eeuw lang onvertaald, maar wordt tegenwoordig juist dat latere artikel vaak genoemd als eerste beschrijving van het broeikaseffect). Fourier was op zoek naar kennis over warmte en had daarbij in de loop van de tijd al het een en ander geschreven over de temperatuur van het aardoppervlak, en de factoren die daarop van invloed zijn. In 1824 zette hij zijn ideeën hierover (min of meer) overzichtelijk bij elkaar. Twee van die inzichten zijn van groot belang voor de hedendaagse natuurwetenschappelijke kennis van de werking van het klimaat op planetaire schaal.

Fourier was van eenvoudige afkomst en werd op jonge leeftijd wees. Hij werd opgeleid bij de Benedictijnen en wilde intreden in die kloosterorde. Daar is het nooit van gekomen. In het roerige politieke klimaat van het Frankrijk van zijn tijd kwam hij in allerlei andere functies terecht, vaak tegen wil en dank: leraar, diplomaat, geheim agent en politicus. Hij was twee keer in zijn leven politiek gevangene, was bevriend met Napoleon, kreeg de titel van baron en raakte die een paar jaar later weer kwijt. Een saai leven kun je het niet noemen.

Lees verder

Tijdelijke en blijvende veranderingen in de stralingsbalans, als gevolg van het versterkte broeikaseffect

De meeste lezers van ons blog zullen in grote lijnen bekend zijn met de werking van het broeikaseffect. Het aardoppervlak absorbeert ongeveer 70% van het zonlicht dat erop valt, zendt die energie weer uit als warmtestraling, die voor een aanzienlijk deel door broeikasgassen wordt geabsorbeerd. Daardoor is het aardoppervlak warmer dan het zonder broeikasaffect zou zijn. Of, zoals klimaatwetenschappers het zeggen: het broeikaseffect beïnvloedt het radiatief-convectieve evenwicht aan het aardoppervlak en daarmee de temperatuur. Meer broeikasgassen betekent meer absorptie van warmtestraling en dus een hogere temperatuur aan het oppervlak. Simpel, zou je zeggen. Toch zitten er nog best wat adders onder het gras. Één zo’n adder is de permanente verschuiving in de stralingsbalans die het gevolg is zogenaamde albedo-terugkoppelingen: een afname van de ijsbedekking en bewolking die het gevolg zijn van de initiële opwarming door een versterkt broeikaseffect. Het reflecterend vermogen van de aarde wordt daardoor minder, en er wordt dus meer zonlicht geabsorbeerd. Dit versterkt de opwarming.

Het gevolg van die albedo-terugkoppelingen is verrassend: door een sterker broeikaseffect absorbeert de atmosfeer meer warmtestraling, maar toch zendt de aarde na verloop van tijd niet minder, maar juist meer van die straling uit. Dit komt doordat er, door de albedo-terugkoppelingen, uiteindelijk meer zonlicht wordt geabsorbeerd, wat weer doorwerkt in de uitgezonden warmtestraling. Het is tegenintuïtief, maar wel helemaal logisch volgens de natuurkunde van het klimaatsysteem. Wat gedachtenexperimenten, ondersteund door enkele afbeeldingen uit een artikel hierover van 10 jaar geleden, helpen om dat te begrijpen.

Lees verder

Orde en chaos in het klimaat

Ooit, lang geleden, kon je op zondag, ik meen na de voetbalsamenvattingen van Studio Sport, naar de Lotto-trekking kijken. Die verliep via een vaste procedure. Eenenveertig genummerde balletjes zaten keurig op volgorde in een houder waaruit ze allemaal tegelijk werden losgelaten. Ze vielen in een grote, bol van plexiglas die even ronddraaide. Na een aantal rotaties keerde de draairichting om, waardoor enkele balletjes in een gootje terechtkwamen. Het eerste balletje in het gootje kwam naar buiten. Het hele procedé herhaalde zich nog zes keer, en daarmee had je de uitslag van zes winnende getallen plus een reservegetal.

Wat mij fascineerde, was dat dat helemaal identieke proces elke keer een andere uitkomst opleverde. Blijkbaar was ik als kind al geneigd tot deterministisch denken. En dat bracht me bij de voor de hand liggende verklaring. Natuurlijk zijn die balletjes niet helemaal perfect rond, is het materiaal waar ze van gemaakt zijn niet overal exact even dik of zwaar, of kunnen kleine verschillen in temperatuur of luchtdruk ervoor zorgen dat de balletjes net iets anders over elkaar rollen. Zo konden hele kleine, op het oog onwaarneembare verschillen de trekking perfect onvoorspelbaar maken. Het is, leerde ik pas veel later, een voorbeeld van gevoelige afhankelijkheid (sensitive dependence). En dat begrip is waar het in de chaostheorie om draait: deterministische processen die toch een onvoorspelbaar verloop hebben.

De paradox van deterministische chaos

Er zit een paradox in een chaotisch systeem, zoals de lottoballetjesmachine. Alles wat er gebeurt, verloopt volgens vrij eenvoudige natuurwetten van oorzaak en gevolg. En toch is de uitkomst in onze beleving puur toeval. Maar omdat die wetten van oorzaak en gevolg van toepassing zijn, zit er altijd wel een grens aan dat toeval. Er kwam nooit meer dan één balletje tegelijk uit de machine. Het getal op dat balletje was nooit groter dan 41. En dat er in plaats van een lottoballetje ineens een kaasblokje naar buiten kwam was uitgesloten. Voor een lottoballetjesmachine heb je natuurlijk geen complexe theorie nodig om dergelijke grenzen van het toeval in te zien. Voor andere chaotische (of, in jargon: non-lineaire dynamische) systemen liggen die grenzen nog wel eens minder voor de hand. En daar kan de kennis van de chaostheorie behulpzaam zijn.

De vlinder van Lorenz
Lees verder

Nog meer aanwijzingen voor menselijke invloed op windpatronen in de zomer

Hoe de opwarming van het klimaat stromingspatronen in de atmosfeer beïnvloedt, is al jarenlang onderwerp van wetenschappelijk onderzoek. We hebben al vaker (zoals hier, hier en hier) aandacht gehad voor dat onderzoek en de wetenschappelijke discussies die dat opleverde. Verschillende studies vonden de afgelopen jaren aanwijzingen voor veranderende stromingspatronen in de zomer op gematigde breedtegraden van het noordelijk halfrond. Het gaat daarbij niet zozeer om de wind zoals we die als bewoners van het aardoppervlak voelen, maar om grootschalige stromingspatronen die invloed hebben op het ontstaan en de ontwikkeling van weersystemen, en die weersystemen als geheel met zich meevoeren. De stroming wordt aangedreven door het temperatuurverschil tussen de tropen en de polen. Dat temperatuurverschil is kleiner geworden door de sterke opwarming van het noordpoolgebied en het is dus best aannemelijk dat de stroming daardoor is verzwakt. Maar ja, dat het aannemelijk is, betekent natuurlijk nog niet dat het ook is aangetoond. Het laatste IPCC-rapport hield dan ook nog flink wat slagen om de arm.

Schematische weergave van mogelijke veranderingen in atmosferische stroming door de sterke opwarming van het noordpoolgebied. Bron: IPCC AR6, WGI, Cross-Chapter Box 10.1.

Wetenschappelijke slagen om de arm verdwijnen niet van de ene op de andere dag, maar het onderzoek staat niet stil. Een recent artikel van Rei Chemke en Dim Coumou presenteert niet alleen meer bewijs voor deze veranderingen, maar voor het eerst ook aanwijzingen voor een menselijke vingerafdruk. De terminologie is wat verwarrend: het artikel spreekt van ‘storm tracks’ of ‘weakening storms’, maar daarmee worden stromingspatronen bedoeld op een schaal van honderden tot enkele duizenden kilometers. Het gaat dus niet (of in elk geval niet alleen) over het gedrag van zomerstormen.

Lees verder

Wordt de klimaatinvloed van aerosolen onderschat?

Verloop van menselijk en natuurlijke invloedsfactoren (forceringen) op de gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak sinds 1750. Bron: IPCC AR6.

Met alle klimaatrecords die er in het afgelopen jaar werden verbroken, was er plotseling ook de nodige aandacht voor het afkoelende effect van aerosolen. Een afname van de uitstoot van aerosolen heeft mogelijk bijgedragen aan de hoge temperaturen. Wie niet zo thuis is in de klimaatwetenschap zou kunnen denken dat dat een helemaal nieuw inzicht was. Dat is zeker niet het geval. Je zou kunnen zeggen dat de gemiddelde nieuwsconsument die invloed van aerosolen mogelijk heeft onderschat. Maar voor wetenschappers geldt dat zeker niet.

Aerosolen werden in 1971 al besproken, toen een internationale groep van zo’n dertig wetenschappers bij elkaar kwam om een mogelijke toekomstige onbedoelde verandering van het klimaat door toedoen van de mens te bespreken. Sommige deelnemers verwachtten toen dat afkoeling door aerosolen de opwarming door een toenemende concentratie van broeikasgassen zou overvleugelen. Dat is anders gelopen, onder meer doordat de uitstoot van broeikasgassen sindsdien is blijven toenemen, terwijl er maatregelen zijn genomen om de uitstoot van aerosolen te beperken. Dat is natuurlijk de reden waarom aerosolen niet zo veel in het nieuws zijn en broeikasgassen vaker: de broeikasgassen zijn het grote probleem.

Lees verder

Wind warmt Nederland op, maar de meeste opwarming komt ook hier door CO₂

Wereldwijd wordt het warmer, en CO2 is daarvan de onomstotelijke oorzaak (IPCC, 2021). Tot zover niets nieuws. Maar in een recent artikel in het International Journal of Climatology (Hoogeveen & Hoogeveen, 2022) komen zoon Jippe en vader Han Hoogeveen met een statistische analyse tot de opmerkelijke conclusie dat (1) de opwarming in ons eigen land volledig wordt veroorzaakt door veranderingen in de overheersende windrichting . Bovendien stellen ze expliciet dat (2) CO2 “dus” niet de oorzaak van de opwarming is. Dat laatste ondersteunen zij met de observatie dat de CO2 concentratie de door hen gevonden correlatie niet versterkt.

Het valt nooit uit te sluiten dat de klimaatwetenschap de rol van CO2 in het klimaat niet correct beschrijft, maar om die rol te falsifiëren (Pulles, 2020)  is meer nodig dan een waargenomen correlatie tussen windrichtingen en opwarming, gegeven de overweldigende hoeveelheid evidentie dat deze rol van CO2 wél goed wordt begrepen.

Beide beweringen zijn problematisch en niet omdat die beweringen haaks staan op wat de klimaatwetenschap heeft vastgesteld, maar vooral omdat zij twee fundamentele fouten maken:

  • zij zien over het hoofd dat de wind uit álle windrichtingen opwarmt
  • zij verwarren het weer met het klimaat

Alle windrichtingen zijn opgewarmd

Nederland is, net als grote delen van Europa, in de afgelopen tientallen jaren sterker opgewarmd dan het mondiale gemiddelde. Is de temperatuur wereldwijd met ruim 1 graad gestegen sinds het begin van de industriële revolutie, in Nederland is dat ruim 2 graden. Daar zijn meerdere oorzaken voor te bedenken. Allereerst warmt het land sneller op dan de oceanen. En in de tweede plaats zien we dat, in de loop van tientallen jaren, de voorkeurslocaties van hoge- en lagedrukgebieden verschuiven, waardoor bepaalde windrichtingen in een bepaald gebied vaker voorkomen, en andere windrichtingen juist minder. We noemen dit veranderingen in de atmosferische circulatie. Het is aannemelijk dat de veranderingen in de atmosferische circulatie worden veróórzaakt door de opwarming van de Aarde (Poitou et al.), maar laten we hier een strikte scheiding aanhouden tussen opwarming rechtstreeks door CO2, en opwarming door veranderingen in de circulatie.

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

Is er bewijs dat CO2-emissies het klimaat opwarmen?

Gastblog van Tinus Pulles

Is de relatie tussen fossiel CO2 en opwarming bewezen?

In veel discussies op internet komt steeds weer de mededeling dat het niet bewezen zou zijn dat de emissies van fossiel CO2 door mensen het klimaat opwarmt. Vaak komt dan de vraag naar een “linkje” naar dat bewijs. De vraag om zo’n “linkje” kan vrij eenvoudig worden afgedaan met een link naar het meest recente rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Het IPCC produceert elke zes jaar of zo een overzicht van de wetenschappelijke stand van de kennis over klimaatverandering. Het meest recente overzicht (het vijfde in de serie) is gerapporteerd in 2013. Volgend jaar komt de zesde rapportage uit.

Deze vraag om een linkje naar ‘bewijs’ komt meestal echter uit de “sceptische” hoek, waar men, zacht gezegd, niet onder de indruk zal zijn van het gedegen en uitgebreide overzicht dat IPCC geeft. Niettemin laat een recente studie van Santer et al. zien dat de waarschijnlijkheid dat de wetenschap nu zeer goed weet hoe CO2-emissies en de opwarming van het klimaat samenhangen zeer groot is. Die samen­hang wordt ook wel de theorie van de Anthropogenic Global Warming (AGW) genoemd. Daarom zal ik hieronder aangeven waarom, inderdaad, het bewijs (evidence) voor AGW zeer sterk is. Voor ik die vraag beantwoord, hecht ik er aan een korte uitstap naar de wetenschapsfilosofie te maken. Dit om zeker te zijn dat we hetzelfde begrijpen wanneer we het over bewijs hebben. Daarbij zal ik ook een zijstapje maken naar hoe we de steeds ook door “sceptici” aangevallen weten­schap­pelijke consensus moeten begrijpen.

Bewijs: ‘Evidence’ of ‘Proof’

Wetenschap schrijdt voort:

  • enerzijds door het verzamelen van ‘evidence’ door metingen en experimenten om te onderzoeken of verwachtingen, afgeleid uit toepassing van eerdere kennis en inzichten, in de werkelijke wereld waarneembaar zijn;
  • anderzijds door, als de verwachting niet wordt waargemaakt, falsificatie: ‘proof’ dat de theorie niet waar is.

Alleen in de wiskunde en in de logica kan worden bewezen dat een stelling waar is, op basis van een aantal gekozen uitgangspunten (axioma’s). Tegelijkertijd kan niet onweerlegbaar worden bewezen dat die axioma’s of gekozen uitgangspunten waar zijn.

Helaas wordt zowel het Engelstalige concept evidence, als het concept proof vertaald met het Nederlandse bewijs. Het Nederlands kent wel het woord “evidentie”, maar dat wordt nauwelijks gebruikt. Dat leidt helaas tot verwarring bij mensen die niet thuis zijn in de wetenschappelijke methode en in de wetenschapsfilosofie. Lees verder