Categorie archief: Wolken

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

Geplaatst op 25 september 2021door | 36 reacties

“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 →

36 reacties

Geplaatst in aarde, Klimaatwetenschap, Wolken, Zon

Getagged , ,

Minder ijs in wolken kan bijdragen aan hoge klimaatgevoeligheid

Geplaatst op 26 november 2020door | 1 reactie

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 →

1 reactie

Geplaatst in kantelpunten, Klimaatgevoeligheid, Klimaatmodellen, Klimaatwetenschap, Wolken

Getagged

De hogere klimaatgevoeligheid van de nieuwste generatie klimaatmodellen

Geplaatst op 25 februari 2020door | 10 reacties

Al sinds maart vorig jaar komt het nieuws met enige regelmaat voorbij op klimaatwebsites en in de wetenschappelijke literatuur: de nieuwste generatie klimaatmodellen komt uit op een hogere klimaatgevoeligheid dan vorige generaties. Dat blijkt uit resultaten van het CMIP6-project, die het afgelopen jaar geleidelijk aan binnengekomen zijn. Onderstaande grafiek van Carbon Brief geeft een overzicht, op basis van modelresultaten die begin december beschikbaar waren. Naast de hogere klimaatgevoeligheid die door een aantal modellen wordt berekend valt ook de grotere spreiding op. De ondergrens van het modelensemble ligt 0,3 °C lager dan bij de CMIP5 modellen.

CMIP staat voor Coupled Model Intercomparison Project. Het project is toe aan zijn vijfde ronde (CMIP4 is overgeslagen, naar verluidt om de nummering in overeenstemming te brengen met die van IPCC-rapporten, overigens is er tussen CMIP5 en 6 nog wel een zijstraatje geweest dat C4MIP werd genoemd), waarin 49 onderzoeksgroepen samenwerken die een of meerdere klimaatmodellen hebben ontwikkeld. In totaal worden ongeveer 100 verschillende modellen vergeleken. Om de modellen te kunnen vergelijken voeren ze allemaal een serie gestandaardiseerde simulaties uit. Verder kunnen deelnemende onderzoeksgroepen ervoor kiezen om een of meer extra simulaties uit te voeren uit een serie aangeboden opties.

De planning van CMIP wordt afgestemd op die van het IPCC. Op die manier kan – als alles goed gaat tenminste, CMIP6 schijnt nogal achter te lopen op de oorspronkelijke planning – het IPCC recente simulaties van een groot aantal modellen meenemen in zijn rapportages. Maar dat is niet het enige nut van de vergelijking. Waar het voor het IPCC wel zo eenvoudig zou zijn als de verschillende modellen allemaal identieke resultaten op zouden leveren, zijn wetenschappelijk gezien de verschillen juist interessant. Lees verder →

10 reacties

Geplaatst in Klimaatgevoeligheid, Klimaatmodellen, Klimaatwetenschap, Wolken

Getagged

Svensmark – een nieuw artikel, het oude liedje

Geplaatst op 26 december 2017door | 6 reacties

Verloop van de temperatuur (gemiddelde van GISTEMP, NOAA en HadCRUT4) en kosmische straling (data van de Moscow Neutron Monitor) sinds 1958. Kosmische straling is voor de duidelijkheid weergegeven op een inverse schaal: volgens de Svensmark-hypothese zou minder straling tot een hogere temperatuur leiden. De grafiek is van Jos Hagelaars.

Het komt nog wel eens voor dat het wetenschappelijk of maatschappelijk belang van een wetenschappelijke publicatie wat wordt aangedikt in een persbericht of interview. Die overdrijving zal nogal eens afkomstig zijn van een pr-afdeling, maar soms zullen wetenschappers ook zelf menen dat ze hun onderzoek zo moeten verkopen. Of ze overschatten het belang van hun onderzoek echt. Een wetenschapper is tenslotte ook maar een mens. Maar er zijn maar weinig wetenschappers die zo ver gaan in hun overdrijving dan Henrik Svensmark.

Svensmark meent dat kosmische straling een invloed kan hebben op bewolking en daarmee op het klimaat op aarde. Op zich een interessante gedachte, die best zou kunnen kloppen. Alleen is kosmische straling dan één van de vele factoren die meespelen in het complexe mechanisme waarmee aerosolen effect kunnen hebben op wolken. En er zijn nog geen aanwijzingen dat kosmische straling daar een dominante factor is. Laat staan dat die straling een grote rol speelt bij klimaatschommelingen. Dat kosmische straling heeft bijgedragen aan de opwarming van het klimaat sinds midden vorige eeuw is al helemaal onaannemelijk. De afbeelding hierboven illustreert dat: volgens de Svensmark-hypothese had het juist wat af moeten koelen. Lees verder →

6 reacties

Geplaatst in aerosols, Klimaatwetenschap, Wolken, Zon

Getagged , , ,

Een wetenschappelijke check van klimaatmodellen

Geplaatst op 21 december 2017door | 18 reacties

Schematische weergave van de stralingsbalans van de aarde. Bron: IPCC WG1 AR5

De spelers en volgers van ClimateBallTM kennen natuurlijk de gemakzuchtige pseudosceptische retoriek over klimaatmodellen die niet zouden deugen. Die is steevast gebaseerd op de misvatting dat klimaatmodellen een soort glazen bollen zouden zijn, die elk detail in het klimaat moeten kunnen voorspellen. Terwijl klimaatwetenschappers er geen geheim van maken dat dat niet zo is en dat modellen zeker hun beperkingen en onzekerheden hebben.

Klimaatmodellen simuleren de fysische processen in het klimaatsysteem. Die simulaties kunnen een beeld geven van het effect van veranderingen in de energiebalans (stralingsforceringen in klimaatterminologie) op die fysische processen. En van de interne variabiliteit in die processen. Niet al die factoren zijn voorspelbaar op basis van de fysica in de modellen. Klimaatmodellen voorspellen geen vulkaanuitbarstingen of wisselingen in zonneactiviteit en de toevallige schommelingen op korte termijn binnen het klimaatsysteem zijn ook niet voorspelbaar. Maar dat wil nog niet zeggen dat modellen de onderliggende fysica niet goed simuleren. En dat laatste bepaalt hoe bruikbaar een klimaatmodel voor bepaalde toepassingen en projecties is.

Waar pseudosceptici al jaren zijn blijven hangen in hun opwinding over het feit dat klimaatmodellen niet kunnen voorspellen wat op basis van de gesimuleerde fysica niet voorspelbaar is, pakt de wetenschap het anders aan. Wetenschappers zoomen in op de processen in en de eigenschappen van het klimaatsysteem die de modellen werkelijk simuleren. Ze zoeken naar verschillen tussen de simulaties en waarnemingen en naar verschillen tussen simulaties onderling. Dat doen ze niet om een makkelijk goed/fout-oordeel uit te kunnen spreken over modellen. Of over waarnemingen. Wetenschappers zoeken zo naar kennis en begrip. Als een wetenschapper begrijpt waarom een model afwijkt van de observaties, begrijpt hij iets meer van het systeem. En daarmee kan het model verbeterd worden. Dit geldt overigens niet alleen voor complexe klimaatsimulaties, maar voor elk wetenschappelijk model. En dus voor elke wetenschappelijke theorie, verklaring, of formule. Lees verder →

18 reacties

Geplaatst in Klimaatgevoeligheid, Klimaatmodellen, Klimaatwetenschap, Stralingsbalans, Wolken

Getagged , ,

De beïnvloeding van het klimaat door de interactie tussen aerosolen en wolken lijkt eenvoudiger dan gedacht

Geplaatst op 16 juli 2017door | 15 reacties

Eruptie van de Holuhraun in IJsland in het najaar van 2014 (Bron: Flickr/Sparkle Motion)

De invloed van aerosolen (microscopisch kleine deeltjes of druppeltjes in de atmosfeer) op het klimaat is complex. Aerosolen kunnen een afkoelend effect hebben op het oppervlak, omdat ze zonlicht reflecteren, maar ook een opwarmend effect op de atmosfeer als de deeltjes zonlicht absorberen. Het netto-effect hangt af van tijd, plaats, hoogte en de precieze eigenschappen van de aerosol-deeltjes. En alsof dat al niet genoeg is, spelen aerosolen ook nog eens een belangrijke rol bij het ontstaan van bewolking. Met alle mogelijke klimaateffecten van dien. De invloed van aerosolen op bewolking wordt wel het indirect aerosol-effect genoemd.

Het zit zo. Als lucht afkoelt en daardoor oververzadigd raakt met waterdamp, condenseert die waterdamp op de aanwezige aerosoldeeltjes. Zonder de “hulp” van die zogenaamde condensatiekernen zou de luchtvochtigheid op kunnen lopen tot wel vier maal het verzadigingspunt, voordat de condensatie van waterdamp op gang komt. Met als gevolg, zo stel ik me in elk geval voor, dat er ineens een enorme plens water uit een totaal onbewolkte lucht zou vallen als die condensatie eenmaal op gang zou komen.

Dat zal in werkelijkheid nooit gebeuren, omdat de aardse atmosfeer nooit helemaal stofvrij is. Er zit vulkanische as in de lucht, woestijnstof, zeezout en roet dat ontstaat bij natuurbranden. En wij mensen voegen daar nog van alles aan toe. Misschien nog belangrijker is dat er door chemische processen in de atmosfeer ook aerosolen ontstaan. Daarbij spelen diverse organische stoffen en zwaveldioxide een grote rol. Die stoffen belanden door zowel natuurlijke processen als menselijke activiteiten in de atmosfeer. Vulkanen zijn een belangrijke natuurlijke bron van zwaveldioxide. Menselijke emissies zijn vooral het gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen. De concentratie zwaveldioxide is van grote invloed op de vorming van aerosolen.

Omdat er vrijwel altijd al voldoende aerosolen aanwezig zijn, zorgen extra deeltjes er niet of nauwelijks voor dat bewolking eerder of gemakkelijker ontstaat. De hoeveelheid water die condenseert neemt meestal ook niet toe als er meer deeltjes zijn; als de waterdampconcentratie beneden het verzadigingspunt komt condenseert er niets meer. Maar als er meer deeltjes zijn die als condensatiekern kunnen fungeren ontstaan er wel meer druppeltjes (of ijskristalletjes), die dan ook kleiner zijn. En dat heeft invloed op de eigenschappen van een wolk, op twee verschillende manieren: Lees verder →

15 reacties

Geplaatst in aerosols, Klimaatwetenschap, Wolken

Getagged , , , ,

Zin en onzin over de rol van stofdeeltjes bij het ontstaan van wolken

Geplaatst op 7 juni 2016door | 7 reacties

Er zijn de laatste tijd zo hier en daar weer verhalen verschenen over de rol van aerosolen bij het ontstaan van wolken, waarin niet zelden feit en fictie door elkaar worden gehaald. Dit naar aanleiding van drie nieuwe artikelen (zie voor meer informatie over deze onderzoeken het nieuwsbericht van Nature) die diep ingaan op het ontstaan van die aerosolen. Omdat hier zoveel misverstanden over bestaan, kan het geen kwaad om eens wat zaken op een rijtje te zetten.

Om bij het begin te beginnen: de eerste factor die bepaalt of er wel of geen wolken ontstaan op een bepaalde plek is de luchtvochtigheid. Als lucht niet verzadigd is met waterdamp, ofwel bij een relatieve vochtigheid beneden de 100%, kunnen er geen wolken ontstaan. Als lucht wel verzadigd is kan dat wel, maar er is nog iets nodig.

De complicatie zit ‘m in het fenomeen faseovergang. De overgang van een stof tussen vaste, vloeibare en gasfase heeft vaak een duwtje in de rug nodig om op gang te komen. Dat is bijvoorbeeld te zien in een glas bier of frisdrank: de koolzuurbelletjes ontstaan alleen op bepaalde plekken, waar ze zich kunnen ontwikkelen bij microscopisch kleine oneffenheden in het glas. Kookvertraging in een magnetron is ook een bekend fenomeen: water kan opgewarmd worden tot boven het kookpunt, maar pas overgaan in de gasfase door de schok als het glas uit de oven wordt gepakt. Voor de condensatie van waterdamp tot druppeltjes of ijskristallen in de lucht geldt iets vergelijkbaars: helemaal zuivere lucht kan oververzadigd raken met waterdamp zonder dat er direct wolken ontstaan. Kleine stofdeeltjes in de lucht (aerosolen) kunnen hier het duwtje in de rug geven: watermoleculen condenseren op die deeltjes, die vervolgens uitgroeien tot druppeltjes of ijskristallen. Dergelijke stofdeeltjes worden wel condensatiekernen genoemd. Op Youtube wordt dit effect zichtbaar gemaakt met een eenvoudig experimentje (met excuses voor de muziek).

In een volledig stofvrije aardatmosfeer zouden minder wolken voorkomen dan in een atmosfeer die wat stoffiger is. Zonder de aanwezigheid van stofdeeltjes condenseert water niet zo snel: de relatieve vochtigheid kan dan oplopen tot 400%. (Een gevolg van het zogenaamde Kelvin effect.) In de aardatmosfeer zijn altijd wel wat stofdeeltjes aanwezig en zal een dergelijke oververzadiging daarom nooit voorkomen; de oververzadiging blijft beperkt tot enkele procenten. Omdat er altijd wel condensatiekernen aanwezig zijn is in de praktijk de luchtvochtigheid de bepalende factor voor het al of niet ontstaan van wolken. De mate van oververzadiging bepaalt hoeveel wolken er ontstaan, of beter: hoeveel waterdamp er condenseert.

De hoeveelheid condensatiekernen heeft vooral invloed op de eigenschappen van de bewolking. Het ligt voor dat hand dat er, in elk geval in eerste instantie, meer en kleinere druppeltjes zullen ontstaan naarmate het aantal condensatiekernen toeneemt. Elke condensatiekern vormt immers het begin van een druppeltje, als er meer condensatiekernen zijn wordt de hoeveelheid waterdamp die condenseert over meer druppeltjes verdeeld. Wolken worden dan witter: ze reflecteren meer zonlicht en hebben dus een afkoelend effect op het klimaat. Bovendien regenen de kleinere druppeltjes minder snel uit, waardoor deze wolken een langere levensduur hebben. Lees verder →

7 reacties

Geplaatst in aerosols, CLOUD, Klimaatwetenschap, Wolken

Getagged , , ,

Licht op wolken – de rol van bewolking in een opwarmend klimaat

Geplaatst op 5 januari 2014door | 44 reacties

Klimaatmodellen met een relatief hoge klimaatgevoeligheid (>3ºC) komen beter overeen met observaties van de mate van vermenging van verschillende luchtlagen dan minder gevoelige modellen. Dat is de conclusie van een recent artikel van Sherwood en collega’s in Nature.

Bewolking is één van de grootste bronnen van onzekerheden in klimaatsimulaties. Wolken zijn daarmee een belangrijke oorzaak van de ruime bandbreedte die deze simulaties geven voor de klimaatgevoeligheid. (Klimaatgevoeligheid is de verandering van de temperatuur als gevolg van een verandering in de stralingsforcering; in de praktijk krijgt deze term vaak de betekenis: de temperatuurstijging als gevolg van een verdubbeling van de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer). In Nature verscheen afgelopen donderdag een artikel van Australische en Franse onderzoekers, onder leiding van professor Steven Sherwood van de University of New South Wales, over een proces dat een aanzienlijke invloed lijkt te hebben op de vorming van wolken: de menging van natte lucht in de laagste luchtlaag met drogere lucht uit hogere lagen van troposfeer. Het blijkt dat stromingspatronen op verschillende schaalniveaus en hoogtes deze menging sterk beïnvloeden en daarmee in grote mate bepalen waar in de atmosfeer de luchtvochtigheid zo hoog wordt dat er wolken ontstaan. Hoe meer menging, hoe droger de laagste luchtlaag wordt en hoe minder lage bewolking er ontstaat.

De onderzoekers hebben de simulaties van de stromingspatronen die voor deze menging zorgen in klimaatmodellen bestudeerd en ze vergeleken met waarnemingen (via onder meer satellieten en radiosondes; om een goede vergelijking mogelijk te maken gebruikten ze zogenaamde “reanalyses” van deze gegevens: MERRA en ERAi). Ze concluderen dat de modellen die deze patronen het beste simuleren, de modellen zijn met de hoogste klimaatgevoeligheid. Dat wijst er op dat de relatief grote versterkende feedback van bewolking, die uit deze modellen volgt, het best overeenstemt met de realiteit.

Lees verder →

44 reacties

Geplaatst in Klimaatgevoeligheid, Klimaatwetenschap, Wolken