Categorie archief: Klimaatwetenschap

CO2-concentratie sneller gestegen dan ooit tevoren

De World Meteorological Organization heeft gisteren haar jaarlijkse overzicht van broeikasgas-concentraties gepubliceerd (lees ook hier). In 2013 is de CO2-concentratie met 2,9 ppm gestegen — de grootste jaar-op-jaar toename ooit waargenomen. Het grafiekje linksonder toont de toename per jaar:

Figuur 1. Concentratie in de atmosfeer (boven) en de jaarlijkse toename van de broeikasgassen kooldioxide, methaan en lachgas N2O.

De WMO maakt gebruikt van wereldgemiddelde concentraties en die liggen systematisch iets lager dan op Mauna Loa op het noordelijk halfrond, waar meer CO2 vrijkomt en de seizoensgang groter is. De WMO komt op een gemiddelde van 396,0 ± 0,1 ppm voor 2013 terwijl het op Mauna Loa 396,48 ± 0,12 ppm is.

Ook de concentraties van methaan en lachgas zijn gestegen maar in ongeveer hetzelfde tempo als de laatste vijf en tien jaar. Het bulletin van de WMO bevat verder data over de wereldgemiddelde toename van andere broeikasgassen en over het tempo van de oceaanverzuring.

Opmerkelijk

De 2,9 ppm CO2 erbij in één jaar is opmerkelijk, een nieuw record. De gemiddelde toename over de laatste 10 jaar was 2,1 ppm/jaar. De toename in 1998 was bijna even groot maar dat was een extreem El Niño jaar, dan komt er netto méér kooldioxide in de dampkring als gevolg van extra rotting, bosbranden en wellicht minder netto opname in de oceaan. Echter… 2013 was helemaal geen El Niño jaar!

Lees verder →

De Strijd om het Einde van de Opwarming

Een kleine zondvloed aan wetenschappelijk onderzoek van de afgelopen jaren laat zien dat de opwarming van de aarde gewoon is doorgegaan, in tegenstelling tot wat veel ‘sceptici’ beweren.

Gastblog door Jan Paul van Soest

Praat met een ‘klimaatscepticus’ en de kans is groot dat je binnen 5 minuten te horen krijgt: “Maar de opwarming van de aarde is circa 15 jaar geleden gestopt; en er is geen enkel klimaatmodel geweest dat dit heeft voorspeld”. Misschien wordt er nog aan toegevoegd: “… en dat terwijl de CO2-uitstoot gewoon is doorgegaan”. Waarmee de ‘scepticus’ maar zeggen wil: flauwekul, die opwarming van de aarde, de klimaatmodellen deugen niet, en het idee dat CO2 daarvoor verantwoordelijk is, is uit de lucht gegrepen. Drie argumenten ineen, geen wonder dat het verhaal over het einde van de opwarming in sceptische kringen zo populair is.
Maar klopt het?

In de afgelopen paar jaar zijn veel studies verschenen die een helderder licht werpen op wat inmiddels de ‘opwarmingspauze’ is gaan heten. Dat is niet toevallig: sinds een jaar of wat berichten de media regelmatig dat ongeveer sinds 1998 de opwarming van de atmosfeer zou zijn afgevlakt of zelfs tot stilstand zou zijn gekomen. Enkele ‘sceptici’ riepen zelfs bezorgd dat er een nieuwe kleine ijstijd in het verschiet lag.
De periode van ca. 15 jaar gematigde opwarming was voor ‘sceptici’ een buitenkans om twijfel te zaaien over de juistheid van de klimaatwetenschap; dezelfde periode was voor klimaatwetenschappers juist een buitenkans om meer gedetailleerd inzicht te krijgen in de werking van het klimaatsysteem. Een opwarming die duidelijk geringer is dan die in de periode 1975-2000 optrad, is wetenschappelijk gezien een interessante puzzel. Daarvan lijken inmiddels de meeste puzzelstukjes wel gelegd. We noemen de belangrijkste. Lees verder →

De straalstroom en extreem weer; een vervolgverhaal

Rossby-golven zijn al een tijdje een hevig bediscussieerd onderwerp in de wetenschap. En daarbuiten ook wel een beetje. Buiten de wetenschap wordt daarbij meestal niet letterlijk over Rossby-golven gesproken: het gaat dan meestal over een meanderende straalstroom, of een wandelende polaire wervel. Zelf gebruikte ik dergelijke termen in een blog van enkele maanden geleden, over de rare winter.

monsoon_weather_guide_464_s2

Positie van de straalstroom tijdens de Russische hittegolf van 2010

Bewegingen van lucht en water langs het aardoppervlak zouden een stuk simpeler te begrijpen zijn als de aarde plat zou zijn en niet om zijn as zou draaien. Helaas – voor wie zoals ik van eenvoud houdt – bestaan die complicaties wel. De draaiing van de aarde veroorzaakt het Corioliseffect: de bekende circulatie van (bijvoorbeeld) luchtstromingen rond lagedrukgebieden. De grootte van het Corioliseffect hangt af van de snelheid waarmee het aardoppervlak beweegt en die snelheid varieert dan weer met de breedtegraad: wie op één van de polen staat blijft staan waar hij staat en draait in 24 uur alleen een rondje om zijn as; terwijl iemand op de evenaar met een snelheid van zo’n halve kilometer per seconde (sneller dan het geluid) door de ruimte zoeft. De verandering van het Corioliseffect met de breedtegraad zorgt voor het ontstaan van Rossby-golven.

Het voert te ver om het ontstaan van die golven hier verder uit te werken. Wat vooral van belang is dat het niet zomaar wat slingeringen zijn die wel op een golf lijken. Het zijn echte golven, die beschreven en bestudeerd kunnen worden aan de hand van de wetenschappelijke kennis die er over golven is. Er kunnen bijvoorbeeld staande golven ontstaan en resonantie-effecten optreden. Rossby-golven zijn vooral van belang op de schaal van de zogenaamde synoptische meteorologie: een geografische schaal van ruwweg 1000 km of meer en een tijdsschaal van enkele dagen tot soms wel een maand. De processen op deze schaal bepalen het weer op hoofdlijnen; de weerman die een voorspelling voor het weer van morgen in Apeldoorn, Ammerzoden of Arnemuiden wil doen werpt er enkele blikken op en zoomt dan in op een kleiner schaalniveau.

Een belangrijke luchtstroming op dit schaalniveau is de straalstroom: de wind die op grote hoogte en met hoge snelheid op gematigde breedtegraden van west naar oost waait. De straalstroom ontstaat als gevolg van het temperatuurverschil tussen de tropen en de polen. In de straalstroom zijn Rossby-golven vaak goed zichtbaar. Er wordt dan ook wel gesproken van een meanderende straalstroom. Twee karakteristieken van Rossby-golven kunnen een grote invloed hebben op het weer:

  • Amplitude. Bij een grote amplitude dringt op de ene plek koude polaire lucht ver door in de richting van de evenaar en gebeurt op een andere plek het omgekeerde. Op sommige plekken is het dan dus (veel) warmer dan normaal en op andere plekken (veel) kouder.
  • Golfsnelheid. Dit is vooral relevant wanneer de golfsnelheid heel laag is: grote gebieden hebben dan gedurende lange tijd nagenoeg hetzelfde weer. Afhankelijk van de positie ten opzichte van de golf kan dat weer koud, warm, nat of droog zijn.
jul3_jet

Positie van de straalstroom boven de VS op 3 juli 2014. Meteoroloog Jeff Masters beschrijft op zijn Weather Underground blog het hiermee samenhangende weer: warmte, kou en overstromingen.

Lees verder →

Homogenisatie van temperatuurdata

Wie een temperatuur wil meten, gebruikt een thermometer. Dat lijkt heel simpel en eigenlijk is het dat ook wel. Maar zelfs simpele dingen hebben, als je wat dieper graaft, altijd weer hun complicaties. Zo zou iemand die de temperatuur van de buitenlucht wil meten tot het inzicht kunnen komen dat een thermometer dat helemaal niet kan. Het enige dat een thermometer kan meten is zijn eigen temperatuur.

Nu leert de thermodynamica dat een thermometer die in de buitenlucht hangt vanzelf de temperatuur van de lucht aan zal nemen, op voorwaarde dat er niets anders is dat op één of andere manier energie onttrekt of toevoegt aan die thermometer. In de praktijk betekent dit dat de thermometer niet nat mag worden en niet blootgesteld mag worden aan zonlicht of aan warmtestraling van een bron in de omgeving. In 1864 bedacht Thomas Stevenson een goede afscherming voor thermometers: de Stevensonhut (of Stevenson screen), die de Britse Royal Meteorological Society in 1873 inspireerde tot een lijst van ontwerpcriteria voor thermometerhutten. Instrumentele metingen van voor deze periode worden tegenwoordig met de nodige argwaan bekeken, juist omdat een goede afscherming toen vaak ontbrak. Maar dat betekent niet dat er geen problemen zijn met metingen vanaf 1873. Nog voor het einde van de 19e eeuw werd er een belangrijke tekortkoming in het ontwerp van Stevenson gevonden: via de open bodem van zijn hut kon op zonnige dagen vanaf de grond zonlicht gereflecteerd worden, waardoor metingen te hoog uit konden vallen. Sindsdien zijn er nog allerlei aanpassingen geweest: om de kwaliteit van metingen te verbeteren, om kosten te besparen, om onderhoud te vergemakkelijken, enzovoort.

Voor wie wil weten hoe warm het gisteren was, maken zulke aanpassingen niet veel uit. Voor klimaatwetenschappers, die naar veranderingen in de temperatuur op grotere ruimte- en tijdschalen kijken, is dat anders: als veel thermometerhutten binnen een bepaalde periode op dezelfde manier worden veranderd, kan dat een systematische afwijking van de metingen opleveren. De klimaatwetenschap is hierin overigens niet uniek: vrijwel elke wetenschappelijke discipline die (meet)gegevens over periodes van meerdere decennia gebruikt krijgt met dit soort zaken te maken. Het proces om zulke systematische afwijkingen uit de data te filteren wordt homogenisatie genoemd.

KNMI_Trend_Differences_Gemert

Voorbeeld van een inhomogene reeks temperatuurdata, uit Gemert. De gehomogeniseerde gegevens zijn onderdeel van de Centrale Nederlandse Temperatuur. Meer daarover in dit rapport (pdf) van het KNMI

Lees verder →

Klimatologie is een volwassen wetenschap

Vrije vertaling van Victor Venema’s post op Variable Variability. De tekening is van Marije Mooren

Een reactie op het blog van Judith Curry (Climate Etc.) bleek controversieel te zijn. Judith Curry schreef:

The point is that you can’t neutralize plausible alternative interpretations of the available evidence from diminishing the scientific ‘consensus.’ It only takes one such argument, and one person making it (but in fact there are numerous arguments and a substantial number of people making them).

Het antwoord van Victor Venema:

In practice it will likely take more than one Galileo or study. Also the refutation of classical mechanics by quantum mechanics and relativity did not change many things we already understood at the time. It allowed us to study new things and ask new questions. That was the revolution.
Climatology is a mature field and new findings will more likely change the complete picture only little. The largest uncertainties are in the impacts, improving our understanding there will have to be done one impact at a time. And more likely, one aspect of an impact at a time.

Helaas ging niemand in op de stelling dat grote vernieuwingen in de wetenschap (paradigmaveranderingen) meestal de reikwijdte van de wetenschap uitbreiden, in plaats van dat ze (de praktische consequenties van) eerdere bevindingen weerleggen. Maar de stelling dat de klimaatwetenschap volwassen is, ging velen te ver.

Curry’s repliek:

Climate science is NOT a mature field. Stay tuned for more and more surprises…

Dit hoge niveau van argumentatie is lastig te beantwoorden. Maar er zijn daar nog wel wat verstandige mensen, bijvoorbeeld Michael, die schreef:

The second [surprises] is not in any way ruled out by the first [maturity].
There are plenty of new discoveries, even in mature fields.

Het is boeiend dat Curry zo dol is op verrassingen, of onzekerheid. Van oudsher maken mensen zich zorgen over veranderingen van het klimaat, omdat dat klimaat zo belangrijk voor ons is. Zijn onzekerheid, of mogelijke verassingen goede argumenten om maar gewoon door te gaan met alle huidige activiteiten die het klimaat kunnen beïnvloeden? Of is het een conservatieve gedachte om daar twijfels bij te hebben? Lees verder →

Klimaatgevoeligheid en de zoektocht naar het ‘wat’ en ‘waarom’

• De verschillende antropogene invloeden die hebben geleid tot een temperatuurstijging sinds de industriële revolutie zijn niet allemaal uniform verdeeld over de aarde. Zo zijn, in tegenstelling tot de homogeen verdeelde broeikasgassen, de concentraties aan aerosolen en ozon voornamelijk gelokaliseerd boven het Noordelijk Halfrond.
• Als men rekening houdt met een verschil in ‘effectiviteit’ van de diverse invloeden (forceringen), veroorzaakt door de inhomogene spreiding, leidt een afleiding van de klimaatgevoeligheid op basis van de observaties van de 20e eeuw tot waarden die beter overeenkomen met de paleoklimatologische data en de klimaatmodellen.

In de wetenschap, en vanzelfsprekend ook de klimaatwetenschap, poogt men antwoorden te geven op allerlei ‘wat’ en ‘waarom’ vragen. Waarom stijgt de zeespiegel, waarom is CO2 een broeikasgas of wat zal de gemiddelde temperatuur op aarde in 2100 zijn? Een belangrijk punt bij die laatste vraag is onderdeel van een boeiend en soms complex debat in de klimaatwetenschap: “Wat is de grootte van de klimaatgevoeligheid?”.

De klimaatgevoeligheid voor de evenwichtssituatie (ECS) betreft de temperatuurstijging die we zullen krijgen ten gevolge van een verdubbeling van de CO2 concentratie en we vervolgens netjes wachten totdat het gehele systeem – de atmosfeer, de ijskappen en de oceanen – energetisch weer in evenwicht is geraakt (zie hier voor een overzicht van de begrippen). Een bijzonder lastig punt hierbij is dat we deze toekomstige temperatuurstijging niet gewoon eventjes experimenteel kunnen vaststellen en ook dat toekomstige metingen helaas nu nog niet beschikbaar zijn (naar Gavin Schmidt’s Ted Talk en Knutson en Tuleya). De klimaatwetenschap probeert daarom de grootte van de klimaatgevoeligheid af te leiden, bijvoorbeeld uit klimaatmodellen, of uit gegevens van het verre aardse verleden (paleoklimatologie) of uit de observaties van de 20e eeuw.

Het interessante is nu dat ten eerste alle afleidingen van de grootte van de klimaatgevoeligheid gepaard gaan met behoorlijke onzekerheden en ten tweede dat één type afleiding een wezenlijk ander resultaat geeft dan andere typen afleidingen. Zo geven bijv. de klimaatmodellen en de paleoklimatologie data een ECS van circa 3 °C voor een verdubbeling van de CO2 concentratie en geven berekeningen gebaseerd op de observaties van de 20e eeuw een ECS van circa 2 °C. Het IPCC heeft in hun laatste rapport naar alle verschillende afleidingen en hun onzekerheden gekeken en daaruit geconcludeerd dat de evenwichtsklimaatgevoeligheid waarschijnlijk ergens tussen 1.5 en 4.5 °C ligt en heeft dit keer geen beste schatting afgegeven. Zie figuur 1.
Vandaar het ‘boeiende debat’, de wetenschap moet op zoek naar het ‘waarom’ van deze verschillen opdat men daarna een beter antwoord kan geven op de vraag: “Wat is de grootte van de klimaatgevoeligheid?”.
Lees verder →

Climatedialogue over Klimaatgevoeligheid

Na een stilteperiode van negen maanden is vandaag een nieuwe discussie geopend op Climate Dialogue over klimaatgevoeligheid. Sinds de oprichting ben ik bij dit initiatief betrokken geweest (in verschillende hoedanigheden). Enerzijds uniek vanwege de samenwerking en discussie tussen tussen ‘mainstreamers’ en ‘skeptici’, anderzijds controversieel vanwege de ‘false balance’ die in feite in de structuur zit ingebakken door expliciet ‘sceptici’ uit te nodigen voor de discussies. Ik beschreef ClimateDialogue eerder in dit blog, waarin ik bovengenoemde aspecten ook benoem. Er zijn sinds het begin een aantal veranderingen doorgevoerd in bijv. de bemensing en de structuur. De discussies zullen nu geleid worden door Bart Strengers van PBL en Marcel Crok.

Het is een internationaal blog, gefinancierd door het ministerie van Infrastructuur en Milieu (IenM), waarop onderzoekers op uitnodiging over publiekelijk controversiële klimaatonderwerpen met elkaar in discussie gaan, met als doel erachter te komen waarover men het eens is, waarover oneens en wat de mogelijke redenen zijn voor dit verschil in inzicht.

In de nieuwe discussie zullen drie klimaatwetenschappers de degens kruisen over één van de meest cruciale onderwerpen binnen de klimaatwetenschap: de klimaatgevoeligheid ofwel de vraag hoeveel de aarde zal opwarmen na een verdubbeling van de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer. In het recent verschenen klimaatrapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) wordt gesteld dat deze waarde waarschijnlijk ligt tussen 1,5 en 4,5 graden. Een meest waarschijnlijke waarde (‘best estimate’) wordt niet gegeven. De range is gebaseerd op klimaatmodellen (GCMs), de opwarming over de afgelopen 150 jaar, klimaatveranderingen in het verre verleden (paleo-studies) en klimatologische randvoorwaarden. Bij al deze benaderingen komt een of ander model om de hoek kijken.

Lees verder →

Via meten tot weten: hoe de klimaatwetenschap de geest uit de fles heeft bevrijd

Gastblog van G.J. Smeets

De klimaatwetenschap maakt de tongen los en dat is niet voor niks. Haar bevindingen zijn relevant voor o.m. (inter)nationaal energiebeleid en regionale infrastructuur-planning. In het volgende ga ik in op een andere reden waarom de klimaatwetenschap over de tong gaat en die diepe wortels heeft in onze intellectuele traditie: het begrip van meten en weten. De klimaatwetenschap heeft met andere disciplines daarin een trendbreuk geforceerd. Die breuk zal ik toelichten en ik begin met een paar opmerkingen over waar elk weten mee begint: meten.

Stel, een onderzoeker weegt op een klassiek weegschaaltje in het lab wat kwik af: 17 gram. Merk op dat hij niet daadwerkelijk iets weegt maar twee drukkrachten vergelijkt, elk aan een van beide zijden van het kantelpunt. Hij vertaalt de ene ‘Sachverhalt’ in een andere: hij maakt van de verhouding tussen twee drukkrachten een gewichtswaarde. Dat lijkt een bagatel en dat is het in dit geval ook maar dat neemt niet weg dat de verhouding tussen drukkrachten wezenlijk, echt wezenlijk iets anders is dan een verschil in gewicht. Mutatis mutandis impliceert de toepassing van elke micro-, tele-, radio- of elektroscoop dergelijke impliciete vertaalstappen die niet helemaal ‘kloppen’ maar waarop de onderzoeker vertrouwt. Kortom: data (17 gram, 10 megaton CO2, 1,7% van BNP) zijn niet materieel gegeven, ze worden gemaakt. En waarbij de onderzoeker voorbij gaat aan de ware aard van de handeling van het meten, namelijk dat het een interface is – vormgegeven in een meetinstrument als verlengstuk van zijn zintuigen – tussen zijn denken en de te onderzoeken zaak. Meten is een raakvlak tussen geest en materie.

Na het wegen in het lab treedt de onderzoeker een andere soort interface binnen, het immateriële instrument van de statistische analyse. Hij begint met het uitzetten van de Cartesiaanse x- en y-assen om er de interactie van 2 variabelen mee te noteren, of het verloop in de tijd van de waarde van 1 variabele. Vervolgens komt het bepalen van relevant geachte variabelen, het bepalen van minimaal en maximaal te noteren waarden van de variabelen, het selecteren van een steekproefgroep (menselijk, dierlijk, chemisch, atomisch, elektromagnetisch, thermisch, mathematisch, etc.), het daadwerkelijk sonderen, het turven, het (sub)groeperen van wat geturfd is, et cetera. Dat zijn veel epistemologische stappen tussen evenzovele proposities in de wetenschappelijke redenering. Die stappen kloppen nooit precies omdat ze elk een ‘vertaling’ zijn van de voorafgaande naar de volgende propositie in het betoog. Let wel: niet de afzonderlijke proposities zijn in het geding maar de geldigheid, de betrouwbaarheid van de schakels ertussen. Geen enkele wetenschapper ontkomt eraan te vertrouwen (en te doen vertrouwen!) op de geldigheid van de stappen waarmee hij zijn proposities verbindt. Vandaar dat er een beschermend cocon om dat vertrouwen is geweven: een weefsel van routines, rituelen, vakjargon en taboes. Denk aan check en dubbelcheck, dubbelblind experiment, verbetering van het meetinstrumentarium, de slag om de arm (marge!), peer review, het jaarlijkse congres, de eeuwige strijd tegen pseudo-kennis en fraude, het verbod te flirten met de politieke macht, enzovoort. Lees verder →

Extreem weer onder de microscoop

In Nature Geoscience verscheen vorige maand het artikel “Mega-heatwave temperatures due to combined soil desiccation and atmospheric heat accumulation”, van de hand van Miralles, Teuling, Van Heerwaarden en Vilà-Guerau de Arellano. Het onderzoek is deels uitgevoerd door wetenschappers van de Wageningse Universiteit.

De onderzoekers ontleedden twee extreme hittegolven die in het eerste decennium van deze eeuw plaatsvonden in Europa tot op het bot. Het persbericht van NWO schrijft:

De mega-hittegolf van augustus 2003 in West-Europa verbrak destijds diverse temperatuurrecords, met temperaturen van 40°C in Frankrijk. De economische schade wordt geschat tussen de 5 en 10 miljard euro door onder meer bosbranden, luchtvervuiling en schade aan landbouwgewassen. Alleen al in Parijs vielen er duizenden doden als gevolg van de hoge temperaturen. Onderzoekers waren onbekend met dergelijke hittegolven in Europa en dachten dat het een eenmalige, uitzonderlijke gebeurtenis was. Totdat in 2010 nieuwe records werden gevestigd, nu in Oost-Europa en Rusland.”

Hittegolven kunnen alleen ontstaan als gevolg van een atmosferische blokkade: een hogedrukgebied dat hardnekkig op (min of meer) dezelfde plaats blijft liggen. Het stromingspatroon dat samenhangt met dat hogedrukgebied kan ervoor zorgen dat in een bepaald gebied gedurende langere tijd steeds meer warme lucht wordt aangevoerd. Daarmee begint de hittegolf, maar alleen de aangevoerde warmte kan de extreme hitte die bij de onderzochte hittegolven optrad niet verklaren. De zonnestraling die in deze omstandigheden ongehinderd binnenkomt – er is immers geen bewolking – draagt bij aan de verdere opwarming, maar om de temperaturen van ver boven de 40 °C die voorkwamen te kunnen verklaren zijn andere versterkende terugkoppelingen nodig.

Lees verder →

US National Climate Assessment

Vandaag is de ‘roll-out’ van een belangrijk Amerikaans onderzoeksrapport naar de huidige en toekomstige gevolgen van klimaatverandering in de VS, inmiddels de 3e keer dat het onderzoek verschijnt. In 1990 heeft het Amerikaanse Congres aan de President en de federale overheid de opdracht gegeven om iedere vier jaar aan het Congres te rapporteren over:

* het ‘interagency’ US Global Change Research Program (USGCRP);
* waargenomen veranderingen in het klimaat en de te verwachten trends voor de toekomst;
* belangrijkste wetenschappelijke conclusies en de ‘significant gaps’ t.b.v. het toekomstige onderzoek;
* gevolgen voor (regio’s binnen) de VS.

De opzet is anders dan de IPCC rapporten: het voegt de onderzoeksresultaten van álle ministeries en agentschappen van de VS samen, niet alleen van de academische klimaatonderzoekers. Zo leveren het Ministerie van Economische Zaken (Department of Commerce), het Department of Energy en Defense een belangrijke bijdrage — naast bijvoorbeeld NASA en de National Science Foundation. Nog een verschil is dat ook ‘private enterprise’ en private onderzoeksinstituten er aan werken, zoals de Smithsonian Institution, het Shell Center for Sustainability, Chevron Corporation, Stratus Consulting en de California Energy Commission.

Het rapport wordt door ca. 300 onderzoekers van de bovengenoemde ‘agencies’ en bedrijven opgesteld en de totstandkoming staat onder toezicht van een onafhankelijke commissie van 60 wetenschappers van de National Academy of Sciences. Enkele van de 12 hoofdconclusies komen voorbij op Twitter:

Lees verder →