‘Watervallen’ van koud en zout water vanaf de continentale plaat van Antarctica naar de diepzee. Bron: Matthew England
Er is de afgelopen jaren, ook bij ons, regelmatig aandacht geweest voor een vertraging in de circulatie van het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan, als gevolg van het smelten van het ijs op Groenland. Inmiddels wordt in de wetenschappelijke literatuur ook het nodige geschreven over een vergelijkbaar verschijnsel bij Antarctica. Vergelijkbaar, maar niet identiek. De situatie is bij Antarctica namelijk behoorlijk anders dan bij Groenland. Zo vormt de oceaan bij Groenland het eindpunt van het deel van de oceanische transportband dat warmte vanuit de tropen noordwaarts vervoert. Het heeft onder meer invloed op ons klimaat in West-Europa. Bij Antarctica cirkelt de hoofdstroom aan het oppervlak rond het continent, waardoor dat wordt afgeschermd van water uit warmere streken. Natuurlijk is er nog wel wat uitwisseling – er staat geen enorme dam rond de Zuidelijke Oceaan – maar die is vrij beperkt.
Schematische weergave van de mondiale circulatie in de oceanen. Bron: Wikipedia.Lees verder →
Het mooie weer vraagt om aandacht, dat geldt ook voor veel nieuw klimaatonderzoek én voor een naderende El Niño.
De afgelopen jaren stonden in het teken van een ‘triple dip’ La Niña: een periode waarin de passaatwinden versterkt van oost naar west waaien over de Stille Oceaan. De wind drijft het, door de zon opgewarmde, oppervlaktewater voor zich uit waarna het (zouter en dichter geworden door verdamping) afzinkt voor de kust van Azië. Tijdens een La Niña gaat er relatief méér van de zonnewarmte naar het ‘compartiment’ oceaan en minder naar de atmosfeer. De mondiaal gemiddelde oppervlaktetemperatuur blijft dan ook wat achter tijdens La Niña jaren: het is koeler dan de trend zou doen verwachten.
Inmiddels dienen de eerste signalen van een El Niño zich aan. De passaatwinden nemen af of de windrichting keert zelfs om: de ‘westerlies’.
Warm oppervlaktewater gaat zich dan ophopen voor de kust van Midden-Amerika. Nog een aspect van El Niño is, dat daar het opwellen van koud water uit de diepe oceaan vervangen wordt door het warme zeewater dat, vanuit de westelijke Stille Oceaan, terugstroomt onder het oceaanoppervlak. Een dwarsdoorsnede langs de evenaar, met de zeewatertemperaturen van 27 februari t/m 28 april dit jaar, toont deze ‘Kelvin waves’:
Tijdens El Niño jaren komt een deel van de warmte die eerder in het oceaanwater is geaccumuleerd weer aan de oppervlakte en warmt alsnog de atmosfeer op. Met aanzienlijke gevolgen: soms sterke neerslag in Mexico en in delen van de VS terwijl er langdurige droogte in het Amazonegebied kan heersen. Dit laatste heeft ook gevolgen voor de koolstofcyclus. Tijdens El Niño jaren blijft er dan relatief méér van onze emissies in de dampkring: een grotere ‘airborne fraction’, zoals beschreven in dit blogstuk door prof. Guido van der Werf.
Een spannende vraag is: gaan we een nieuw mondiaal jaarrecord zien, qua oppervlaktetemperatuur? Bij de vorige El Niño van 2016 was dit wel zo. Toch werd 2020 al bijna even warm zónder El Niño. De stijgende trend en de 0,05 á 0,2 graden extra die een El Niño met zich brengt, laten een nieuw record wel vermoeden. En… gaan we misschien zelfs al over de +1,5 °C heen? Over deze vraag schreven klimaatwetenschappers Zeke Hausfather en Andrew Dessler een interessant verhaal met deze grafiek:
De groene t/m rode bolletjes geven een geprojecteerde temperatuur-anomalie aan voor het jaar 2024, bij een matige of juist heel sterke El Niño. En… er is een kleine kans dat het jaar 2024 al de +1,5 °C van het Klimaatakkoord van Parijs gaat overschrijden. Zou dit betekenen dat de doelstelling van het Akkoord dan niet gehaald is? Nee, want de ene anderhalve graad is de andere niet.
Overigens zijn er goede redenen waarom een nieuw jaarrecord niet in 2023 maar pas in 2024 verwacht wordt. Uit een eerdere studie door Foster & Rahmstorf (2011) blijkt dat de mondiaal gemiddelde oppervlaktetemperatuur zo’n 3 tot 6 maanden na-ijlt op ENSO, en het ziet ernaar uit dat we pas vanaf augustus of september van een volledige El Niño kunnen spreken. Deze studie is al eens eerder besproken door Bart Verheggen.
Hoe dan ook, een komende El Niño is interessante gespreksstof! In deze Open Discussie kunnen zaken die geen betrekking hebben op specifieke blogstukken aan de orde worden gebracht, indien het verband houdt met klimaatverandering.
Warmte-opname in de verschillende componenten van het klimaatsysteem sinds 1958. Bron: Cheng et al.
Journal of Climate publiceerde vorige maand een nieuwe analyse van de hoeveelheid warmte die de oceanen hebben opgenomen in de afgelopen periode van ruim zestig jaar. In het verleden werd wel eens gezegd dat zo’n onderzoek over de warmte-inhoud van de oceaan ging, maar eigenlijk is dat niet zo handig. Het gaat over de verandering van de warmte-inhoud, en dat is hetzelfde als de warmte-opname. Het artikel draait vooral om een verbeterde statistische analyse van de beschikbare informatie. Aan een beschrijving daarvan waag ik me niet. Ik houd het bij enkele opmerkelijke punten.
Oceanograaf en klimaatwetenschapper Lijing Cheng van de Chinese Academie van Wetenschappen is eerste auteur van het nieuwe artikel. Hij is een van de specialisten op dit onderwerp in de wereld. Zijn instituut onderhoudt een webpagina met de actuele gegevens over warmte-opname door de oceanen. De overige vier auteurs zijn Amerikanen en eveneens bekende namen in de klimaatwetenschap. Ze zijn allemaal al wel eens in de een of andere hoedanigheid voorbijgekomen op dit blog, vanwege hun bijdrage aan interessant onderzoek: Grant Foster (ook bekend als blogger Tamino), Zeke Hausfather, Kevin Trenberth en John Abraham.
In zekere zin is de warmte-opname door de oceanen veruit het grootste gevolg van de toename van de hoeveelheid broeikasgassen. Simpelweg omdat het water in de oceanen veel meer warmte op kan nemen dan het land of de atmosfeer. Zoals bekend zorgt het versterkte broeikaseffect ervoor dat de aarde minder warmte uitstraalt dan er aan zonlicht binnenkomt. Omdat de energiebalans niet in evenwicht is, vindt er een accumulatie van energie plaats in het klimaatsysteem. Van die extra warmte belandt zo’n 90% in de oceanen. Dat wij klimaatverandering niet zozeer als accumulatie van energie zien, maar als opwarming van het aardoppervlak en de atmosfeer, komt omdat dat de veranderingen zijn die wij direct ervaren en die we relatief eenvoudig kunnen meten. Overigens stijgt de temperatuur van het landoppervlak wel sneller dan die van de oceanen, ook al nemen die het overgrote deel van de warmte op. Dat komt doordat de warmte veel dieper doordringt in water dan in land.
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.
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 eerderbesproken. 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 →
Waarnemingen en projecties van de warmte-inhoud van de oceanen uit het recente speciale IPCC-rapport over cryosfeer en oceanen.
Het was zo hier en daar nieuws, vorige week: Nature trekt een artikel in over de toename van de warmte-inhoud van de oceaan. Waarom het nieuws was is wat minder goed te begrijpen. Dat er een behoorlijke fout in de onzekerheidsanalyse van dat artikel zat was al lang bekend. De auteurs hadden die fout in november vorig jaar al erkend, en aangegeven dat ze hem zouden herstellen. De procedure van intrekking neemt nogal wat tijd in beslag, zo legt de redactie van Nature uit aan Retraction Watch, omdat men eventuele fouten grondig wil onderzoeken en er ook de auteurs, de peer reviewers en zo nodig externe experts over wil raadplegen. Die formele procedure van intrekking is onlangs afgerond. Meer nieuws is er niet.
Of het zou een onhandigheidje van het IPCC moeten zijn. In de laatste conceptversie van het recente rapport over cryosfeer en oceanen leek een referentie te staan naar het inmiddels ingetrokken artikel. In werkelijkheid ging het om een ander artikel van dezelfde hoofdauteur uit hetzelfde jaar. In het definitieve rapport zal dit rechtgezet worden.
In deze Open Discussie kunnen inhoudelijke discussies over klimaatwetenschap en klimaatverandering worden gevoerd of voortgezet, die niet direct betrekking hebben op een specifiek blogstuk.
Robert Rohde, bekend van de Berkeley Earth temperatuurreeksen, heeft een fascinerende animatie gemaakt van (de veranderingen in) de mondiale koolstofcyclus sinds 1850:
Animated diagram of the Earth's Carbon Cycle and how it has changed over time.
Carbon, in various forms including CO2 and organic materials, is continually exchanged between the atmosphere, oceans, and biosphere.
de verschillende ‘stocks’ (reservoirs) van koolstof zoals in de oceanen, in de atmosfeer als CO2, in de biosfeer en als ondergrondse fossiele reserves;
de ‘flows’ (massastromen of fluxes) tussen de reservoirs.
Elk zwart of rood blokje staat voor één gigaton koolstof. Een gigaton is gelijk aan de massa van een kubieke kilometer water (disclaimer: bij goede benadering en dan zoet water even boven het vriespunt. De dichtheid van zeewater is iets groter). Robert Rohde heeft ook een versie op Youtube en die is wat makkelijker leesbaar:
Als je rechtsonder klikt of op ‘YouTube’, kan je de animatie in full-screen bekijken.
Het begin van de animatie toont de ‘stocks’ en ‘flows’ zoals die waren in het pre-industriële tijdperk, vóór het grootschalig ingrijpen door de mens. Elk jaar werden er grote hoeveelheden koolstof uitgewisseld tussen de reservoirs, maar er was een natuurlijk evenwicht tussen de ‘flows’ waardoor de totale hoeveelheid koolstof in elk reservoir ongeveer gelijk bleef. Zo ook in de atmosfeer, totdat de mens fossiel koolstof (steenkool, aardolie, aardgas) ging verstoken:
Het laatste frame van de animatie laat zien hoe het fossiele koolstof – de rode blokjes – nu verdeeld is over de andere koolstof-reservoirs, waaronder ook als CO2 in de dampkring.
Over de komende eeuwen zal het koolstof dat wij uit de fossiele reservoirs halen en verbranden, zijn weg vinden naar de oceanen. Indien we eenmaal stoppen met dit verbranden dan zal daardoor het CO2 in de atmosfeer geleidelijk af gaan nemen – hoe snel of hoe langzaam dit gaat, kan je zien aan de omvang van de ‘flows’. Het mechanisme om dit koolstof uiteindelijk weer ‘in de Aarde’ te krijgen is de sedimentvorming, een zeer traag proces dat ook in de animatie staat aangegeven. De natuurlijke processen zullen er dan ook > 100.000 jaar over doen om het extra koolstof in de dampkring weer ondergronds vast te leggen.
HMS Challenger, het schip waarmee in de periode 1872 – 1876 metingen werden gedaan van de temperatuur in de diepe Stille Oceaan. Bron: The Royal Albert Memorial Museum, HMS Challenger Project
Mijn eerste reactie na lezing van de samenvatting van een artikel van Geoffrey Gebbie en Peter Huybers in Science: “Nogal wiedes”. Maar na lezing van het hele artikel bleek het toch wat moeite te kosten om alle details te doorgronden. Ik begin met het voor de hand liggende deel.
De oceaancirculatie op mondiale schaal, de thermohaliene circulatie, wordt onder meer aangedreven door koud water dat in de poolgebieden door zijn hoge soortelijke gewicht naar de zeebodem zinkt. De noordelijke Atlantische Oceaan, bij Groenland, is een plek waar veel water naar de diepte zinkt. Een belangrijke tak van de thermohaliene circulatie stroomt daar vandaan over de bodem naar het zuiden en vervolgens naar de Stille Oceaan. Op verschillende plekken in de Stille Oceaan komt het water, een tot twee millennia later, weer naar boven.
Eenmaal in de diepte dringt er geen zonlicht meer tot dat water door. Er is ook weinig warmteoverdracht vanuit hogere lagen door menging of andere processen. De temperatuur van het water in de diepe oceaan wordt daarom in belangrijke mate bepaald door de temperatuur die het had toen het naar beneden zakte. Klimaatschommelingen aan het oppervlak vinden ook plaats in de diepe oceaan, maar wel met een vertraging die tot vele eeuwen op kan lopen. De diepte van het noordelijke deel van de Stille Oceaan loopt het meest achter, omdat veel van het water daar de lange reis vanuit de noordelijke Atlantische Oceaan heeft gemaakt.
Op het diepe deel van de oceanische transportband ligt dus een archief van het klimaat van de afgelopen 1000 tot 2000 jaar. Niet noodzakelijk van het wereldklimaat, want de temperatuur van het diepe water wordt vooral bepaald door wat er in de poolgebieden aan de hand is. Toch is een zeker verband met klimaatschommelingen op wereldschaal wel aannemelijk. Het lastige is dat dat archief bepaald niet makkelijk toegankelijk is. Zelfs in de 21e eeuw: de ARGO-sondes die tegenwoordig de temperatuur van de oceaan in de gaten houden komen niet dieper dan 2 kilometer. Metingen beneden die diepte zijn schaars. Maar ze zijn er wel. Lees verder →
Opwarming van het klimaat is op de keper beschouwd eigenlijk accumulatie van energie in het klimaatsysteem. We nemen die toename van de energie-inhoud vooral waar als een stijging van de temperatuur bij het aardoppervlak. Want daar wonen we nu eenmaal. Maar het overgrote deel van die extra energie, ongeveer 93%, wordt opgenomen door de oceanen. Zo bezien zou de verandering van de warmte-inhoud van de oceanen de beste indicator zijn van klimaatverandering. Alleen is die verandering niet zo makkelijk te bepalen: daarvoor is een driedimensionaal beeld van de temperatuurverandering van de oceanen nodig. Daarover is nog de nodige onzekerheid, maar het beeld wordt wel steeds duidelijker. De afgelopen weken verschenen er drie interessante wetenschappelijke artikelen over dit onderwerp.
Alle drie de artikelen zijn vrij toegankelijk. Het lijkt erop dat wetenschappelijke uitgevers er steeds vaker voor kiezen om belangwekkende artikelen over het klimaat niet achter een betaalmuur te stoppen. Of zou dat een keuze zijn van onderzoeksinstellingen? Dat zou ik nog eens uit moeten zoeken. Het is hoe dan ook een goede ontwikkeling.
De luchtfoto hierboven, genomen in maart 2016, geeft een stukje weer van ’s werelds grootste koraalrifsysteem, het Groot Barrièrerif (bron: Hughes et al. maart 2017). De lichte plekken in de foto duiden op een verbleking van het koraal. Koraalriffen zijn ecosystemen die voorkomen in ondiep water en worden opgebouwd door de koraaldiertjes. Deze diertjes zetten zich vast op de ondergrond door het bouwen van een behuizing bestaande uit een kalkskelet. Ze leven in symbiose met eencellige algen, de zogenaamde zoöxanthellen, die de koralen hun kleur geven. Als de koralen de algen afstoten door stress, zoals vervuiling of een langdurig verblijf in te heet zeewater, verbleekt het koraal en kan het uiteindelijk ook afsterven. De opwarming van de aarde heeft geleid tot warmer zeewater dan in vroeger tijden en een El Niño kan daar tijdelijk nog een schepje bovenop doen. Rond het einde van 2015 en het begin van 2016 was er zo’n El Niño en de temperatuurpiek als gevolg daarvan zorgde voor een forse verbleking van de koralen van het Groot Barrièrerif.
Een van de wetenschappers die zich bezighoudt met het onderzoek naar koraal is Professor Terry Hughes. Hughes is hoofdauteur of medeauteur van maar liefst vier Nature artikelen en een Science artikel over koralen, alle gepubliceerd sinds begin 2017. Eind 2016 was hij door Nature al op een lijst gezet van mensen die dat jaar belangrijk voor de wetenschap waren geweest. De meest recente publicatie van Hughes et al. in Nature betreft een onderzoek naar de verandering in de samenstelling van koraalsystemen in het Groot Barrièrerif als gevolg van de massale verbleking van het koraal in de periode van eind 2015 en begin 2016. Niet iets om vrolijk van te worden: de onderzoekers rapporteren een verlies van 30% van de koralen gemiddeld over het gehele Groot Barrièrerif. In het noordelijke deel stierf maar liefst 50% van de koralen. Het meest aangrijpende vond ik zijn pinned tweet over zijn onderzoek, alweer van twee jaar terug. Lees verder →
Naast de zoekfunctie is er ook deze lijst met blogposts, gerangschikt naar onderwerp. Wij schrijven voornamelijk over klimaatwetenschap en het publieke klimaatdebat.
De theorie van warmte: Een geschiedenis van de wetenschap achter klimaatverandering
Uitgegeven door Athenaeum.
Wat iedereen zou moeten weten over klimaatverandering
Uitgegeven door Prometheus
Klimaatverandering 
