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

Waarom onze CO2-uitstoot naar nul moet om de temperatuurstijging te stoppen

Gastblog van Prof. dr. Guido van der Werf

In het Parijs-akkoord is afgesproken om de opwarming te beperken tot 2°C en te streven naar 1,5°C. Om de opwarming te stoppen, moet de netto uitstoot van broeikasgassen naar nul. Vooral onze CO2-uitstoot moet dus fors dalen en de uitstoot die niet vermeden kan worden moet gecompenseerd worden door zogenaamde negatieve emissies (CO2-verwijdering). Hoewel het netto-nul idee niet heel oud is, is het wel de basis voor het mondiale klimaatbeleid en daarmee een belangrijk concept met verstrekkende maatschappelijke gevolgen. Hier kijken we waar het netto-nul idee op gebaseerd is.

Het aardsysteem is complex en fascinerend, maar ondanks alle complexiteit in het aardsysteem is er een simpele relatie tussen de mate van opwarming en onze cumulatieve (opgetelde) uitstoot. In onderstaande figuur staat die recht evenredige relatie, op basis van historische gemeten data. De rechte lijn is ook geldig voor de toekomst en wordt daarmee bijvoorbeeld gebruikt om het koolstofbudget te bepalen om onder een bepaalde temperatuurstijging te blijven.

Figuur 1. Verband tussen cumulatieve (opgetelde) CO2-uitstoot en temperatuurstijging voor ieder jaar tussen 1850 en 2023. Door natuurlijke variatie en de invloed van andere factoren dan CO2 is er ruis rondom de relatie. Op basis van deze relatie kan het koolstofbudget om onder een bepaalde temperatuur te blijven uitgerekend worden, dit zijn de pijlen onderin (om onder de 1,5 dan wel 2,0 graden te blijven). Met huidig toegezegd beleid zouden we volgens deze relatie rond de 2,5 graden opwarming verwachten.

Volgens de huidige inzichten blijft die een-op-een relatie dus ook bestaan in de toekomst, ook als onze uitstoot gaat dalen. Dat is een belangrijk gegeven en de basis van onze doelstellingen om aan het Parijs-akkoord te voldoen. Waar voorheen de nadruk nog wel eens lag om de CO2-concentratie onder een bepaalde waarde te houden, is het doel nu om de temperatuur onder een bepaalde waarde te houden. In dit overzichtsartikel van een van de grondleggers van het netto-nul concept, Myles Allen, staat dit verder uitgewerkt inclusief een wiskundige afleiding. Hier kijken we naar de onderliggende redenen achter het netto-nul concept. Om die te begrijpen moeten we twee vragen beantwoorden:

  1. Wat gebeurt er met onze uitgestoten CO2?
  2. Hoe reageert het aardsysteem op een verstoring zoals extra CO2?

We beginnen met de tweede vraag.

Wat doet CO2 met de temperatuur?

In het verleden werd er vaak een standaardsimulatie gedaan met klimaatmodellen: 70 jaar lang werd de CO2-concentratie in het model met 1% per jaar verhoogd tot die een verdubbeling bereikte en van 280 deeltjes per miljoen (ppm) pre-industrieel naar 2 × 280 = 560 ppm was verhoogd. Daarna werd deze concentratie constant gehouden in het model, zie Figuur 2a.

Figuur 2. Geschematiseerde computersimulatie waarin de CO2-concentratie verdubbelde in 70 jaar tijd waarna de concentratie constant gehouden werd (boven, blauwe lijn) en de daardoor veroorzaakte temperatuurstijging volgens de simulatie (onder, rode lijn). De belangrijkste les voor hier is dat de temperatuur nog blijft stijgen, ook als de CO2-concentratie constant blijft.

In die 70 jaar warmt het klimaat in het model op, en die opwarming gaat recht evenredig met de cumulatieve uitstoot (Figuur 2b). Maar, en dit is belangrijk voor de rest van het verhaal, na 70 jaar stopt die temperatuurstijging niet maar gaat hij door, ondanks dat de CO2-concentratie gelijk blijft! Die opwarming gaat wel langzamer dan voorheen, en met het verstrijken van de jaren wordt de opwarming steeds trager.

Lees verder

Wereld nadert blessuretijd om reusachtige klimaatramp in Atlantische Oceaan te voorkomen

Gastblog door Rolf Schuttenhelm

Een alarmbel in de Volkskrant: instorting van de warme Golfstroom zou al over enkele decennia kunnen plaatsvinden, met verstrekkende gevolgen, zoals een radicale afkoeling van Europa, inclusief een de facto einde aan de akkerbouw. Klopt die tijdlijn? Kloppen de gevolgen? En valt er nog iets aan te doen? Het zijn prangende vragen, gezien de enorme gevolgen voor onze eigen samenleving en de volledige mensheid – áls dit verhaal klopt.

Hier vast het korte antwoord: de studies rammelen nog wat, maar de metingen zijn zorgwekkend. De gevolgen liggen waarschijnlijk anders, maar zijn daarmee – ook voor Nederland – helaas niks minder ernstig. En ja, er is handelingsperspectief – maar de tijd dringt.

Even de basis: dankzij de warme Golfstroom heeft Europa sinds mensenheugenis een mild klimaat, met volop akkerbouw en grote aantallen mensen. Door diezelfde oceaanstroming zijn ook elders op de planeet de kaarten geschud zoals we ze kennen: de ligging van de Sahara, tropische regenwouden, kustzeeën vol plankton en vis.

Die realiteit kan volledig op z’n kop worden gezet als de Golfstroom stilvalt. En dat is precies waar wetenschappers al vele jaren voor waarschuwen, als een van de meest paradoxale gevolgen van de huidige klimaatverandering

Maar volgens oude modelstudies was die toekomst ‘geruststellend’ ver weg. Ineenstorting van de Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), zoals de stroming officieel heet, zou pas over eeuwen zover zijn, als de Groenlandse ijskap ver genoeg was afgesmolten om met een grote hoeveelheid zoet smeltwater het aandrijfmechanisme van de stroming om zeep te helpen. Andere gevolgen van klimaatverandering, zoals toename van weersextremen, leken veel urgenter – die zien we nu al.

Oceaanstromingen in het Noorden van de Atlantische Oceaan. Bron: R. Curry, Woods Hole Oceanographic Institution/Science/USGCRP

80 procent minder landbouw

Dat beeld begon te schuiven nadat wetenschappers tien jaar geleden begonnen met structurele metingen van een belangrijke aftakking van de stroming bij Groenland – en die metingen naast hun modellen legden. Voorzichtige conclusie: de werkelijkheid zou wel eens een stuk sneller kunnen gaan dan de projecties. Sindsdien rommelt het in de academische wereld.

Lees verder

Een voorstel voor nieuwe scenario’s voor de komende IPCC-cyclus

Schetsmatige impressie van de voorgestelde scenario’s. Bron: Meinshausen et al.

Onlangs verscheen een artikel met voorstellen voor nieuwe scenario’s ten behoeve van het volgende IPCC Assessment Report (AR7). Het is in feite een verslag van een workshop die plaatsvond in april 2023 met als onderwerp: ‘Use of Scenarios in AR6 and Subsequent Assessments’. Er staan interessante voorstellen in het artikel, maar er zijn ook wel wat punten die in mijn ogen ontbreken, terwijl die ook aandacht hadden verdiend.

Met het oog op de kritiek dat eerdere scenario’s onvoldoende rekening hielden met rechtvaardigheid, waar Arthur afgelopen april over schreef, heb ik eerst maar eens naar de auteurslijst van nieuwe voorstel gekeken. Het goede nieuws is dat alle continenten (behalve Antarctica, natuurlijk) vertegenwoordigd zijn. Maar heel evenwichtig is de verdeling van auteurs over de wereld allerminst. Het lijkt erop dat scenario-ontwikkeling vooral een West-Europese aangelegenheid is. Een behoorlijke meerderheid van de 41 auteurs is daar werkzaam. Verder doen er ook aardig wat Australiërs mee. Ook best opvallend dat de VS maar matig vertegenwoordigd is met 2 auteurs, hoewel dat land zo’n belangrijke speler is in de wereld van de klimaatwetenschap. China, een andere belangrijke speler, ontbreekt helemaal.

Hoewel ongelijkheid meermaals als aandachtspunt wordt genoemd in het artikel, is er weinig concreets over terug te vinden in de voorstellen. Het zou kunnen zijn dat het abstractieniveau van die voorstellen te hoog is, en dat aandacht voor ongelijkheid dus vooral relevant is bij de verdere uitwerking ervan. Toch had dat dan wel wat explicieter benoemd mogen worden, lijkt me.

Lees verder

Open discussie zomer 2024

Sinds vorig jaar presenteert een groep wetenschappers jaarlijks een overzicht van een aantal belangrijke indicatoren van klimaatverandering: het Indicators of Global Climate Change initiative of IGCC. Ze volgen daarbij de methodes van het laatste IPCC-rapport. Afgelopen week publiceerde deze groep voor de tweede keer hun uitgebreide rapportage. Ook lanceerden ze de Climate Change Tracker, die een overzicht geeft van de belangrijkste data. Een mooie aanvulling op de al langer bestaande Climate Action Tracker, waar wordt bijgehouden hoe het ervoor staat met wereldwijde plannen en ambities voor de vermindering van de uitstoot.

Een heel andere wetenschappelijke update verscheen wat langer geleden. Het is een nieuwe schatting van de klimaatgevoeligheid, op basis van een methode waarover we in 2020 hebben geschreven. Het goede nieuws is dat de schatting naar beneden is bijgesteld, maar jammer genoeg wel maar een beetje. Het zal de kans dat we onder de 1,5 °C opwarming blijven er niet noemenswaardig groter op maken, is mijn inschatting.

Dit, en allerlei andere klimaatgerelateerde zaken kunnen besproken worden in deze open draad.

Bestaat goed nieuws over klimaatverandering? Het RCP 8.5 scenario

Gastblog van Prof. Guido van der Werf

Samenvatting

  • De CO2-uitstoot door de verbranding van fossiele brandstoffen is onder het hoogste emissiescenario gekomen en zal daar waarschijnlijk steeds verder van verwijderd raken.
  • Voor de belangrijkste andere antropogene factoren die voor opwarming zorgen (CO2-uitstoot door ontbossing, uitstoot van methaan, uitstoot van lachgas, afname uitstoot van fijnstof), zitten we echter nog steeds rond of zelfs boven dat hoogste scenario.
  • Dat betekent dat we op dit moment nog dicht bij het hoogste scenario zitten wat forcering betreft, maar het is aannemelijk dat we er op termijn steeds verder onder komen te zetten. Dit is met name omdat de CO2-uitstoot door fossiele brandstoffen de belangrijkste factor is, en het verschil met het hoogste scenario met de jaren steeds groter wordt. Om de temperatuurstijging te stoppen moet de totale CO2-uitstoot echter naar netto nul.
  • Er is dus zeker goed nieuws te melden, maar zolang de mondiale uitstoot niet daalt, neemt ook de kans dat we de temperatuurstijging kunnen beperken tot 2 graden, laat staan 1,5 graad, af.

Inleiding

Om iets over de menselijke invloed op het klimaat van de toekomst te zeggen moeten we ten eerste begrijpen hoe gevoelig het klimaat is voor onze uitstoot, en ten tweede wat onze toekomstige uitstoot zal zijn. Dat eerste is een natuurkundig kenmerk van het klimaatsysteem waar wij niks aan kunnen veranderen, het tweede hangt juist sterk af van menselijke keuzes, nu en in de toekomst. Belangrijke factoren voor de toekomstige uitstoot zijn hoe de bevolkingsgroei – of krimp zich zal ontwikkelen, hoe groot de vraag naar energie zal zijn, hoe we aan die vraag naar energie voldoen, maar ook bijvoorbeeld hoe ons toekomstige dieet er uit ziet.

Om die ontwikkelingen te schetsen worden scenario’s ontwikkeld, en het afgelopen decennium hebben we veel gebruik gemaakt van een set scenario’s die zo’n 15 jaar geleden zijn ontwikkeld. In die 15 jaar is er veel gebeurd en het is informatief om terug te kijken waar we nu staan ten opzichte van die scenario’s. En dan met name in hoeverre we ons ontworsteld hebben aan het hoogste scenario dat tot zo’n vier tot vijf graden opwarming leidt in 2100, het zogenaamde RCP 8.5 scenario. RCP staat voor ‘Representative Concentration Pathway’ en 8.5 voor de zogenaamde stralingsforcering die we in dat scenario voor het jaar 2100 verwachten, namelijk 8,5 Watt per vierkante meter extra ten opzichte van pre-industrieel.

Over dit thema is op dit blog al eerder geschreven en de laatste tijd is er veel media-aandacht voor, mede door de publicatie van het boek “Not the end of the world” van Hannah Ritchie (zie ook deze inspirerende Ted-talk) en het wat provocerendere “Climate change isn’t everything” van Mike Hulme. Zowel Ritchie als Hulme wijzen erop dat de aarde niet meer afstevent op vier tot vijf graden opwarming. En hoewel er wel wat af te dingen is op Ritchie’s verhaal heeft het ook een interessante discussie veroorzaakt over of je dit goed nieuws mag noemen, bijvoorbeeld in het NRC.

Uiteraard is het enorm goed nieuws als de ergst denkbare scenario’s niet uitkomen. Maar komen daarmee de doelstellingen van het verdrag van Parijs in zicht? En verder, het goede nieuws zit met name in de uitstoot van CO2 door de verbranding van fossiele brandstoffen, maar dat is niet de enige factor die voor opwarming zorgt. Hoe zit het bijvoorbeeld met methaan en lachgas? In dit blog gaan we dat uitzoeken.

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

De scenario’s van het IPCC zijn niet eerlijk (en hoe nu verder?)

Een nieuwe studie stelt dat de huidige scenario’s van klimaatmitigatie die in het IPCC worden gebruikt te weinig rekening houden met rechtvaardigheid. Het rechtvaardigheidsbeginsel is één van de principes van het Parijsakkoord, maar als de toekomst zich precies volgens die scenario’s zou ontwikkelen, zouden bestaande ongelijkheden groter worden. Bovendien dragen ontwikkelingslanden een te zware mitigatielast in vergelijking met ontwikkelde landen. Hoe nu verder? Kunnen we rechtvaardigheid überhaupt wel goed in de (economische) modellen meenemen? In een andere studie doen de auteurs alvast een opzet. De Parijsdoelen halen op een rechtvaardige manier kan wel, maar het vereist wel een veel grotere inspanning van landen in het mondiale Noorden.

Rechtvaardigheid als grondbeginsel van het Parijsakkoord

De conclusies in het IPCC AR6 over hoe de wereld klimaatverandering tot 1,5°C of 2°C opwarming kan beperken, leunen erg sterk op scenario’s (ook wel: ‘global modelled mitigation pathways’) die gebruik maken van Integrated Assessment Models (IAMs). Dat zijn eigenlijk modellen die de benodigde sociaal-economische verandering simuleren als we ons committeren aan de doelen uit het Parijsakkoord.

De historische en huidige bijdragen aan klimaatverandering zijn behoorlijk oneerlijk verdeeld. Sommige landen en regio’s stoten al decennia grote hoeveelheid broeikasgassen uit, terwijl andere landen eigenlijk maar een klein aandeel hebben in de huidige klimaatcrisis. Naast die ongelijkheid in verantwoordelijkheid, zijn er tussen regio’s ook grote ongelijkheden in termen van, bijvoorbeeld, inkomen en energieverbruik. Dat is weer relevant als we kijken naar socio-economische mitigatieroutes. Die ongelijkheden worden ook onderschreven in het Parijsakkoord, en zelfs in de grondbeginselen van het UNFCCC: de principes van ‘equity’ en ‘common but differentiated responsibilities and respective capabilities’. Ook wordt er expliciet benoemd dat ontwikkelingslanden niet een disproportionele last moeten dragen. Maar in hoeverre komen deze principes van rechtvaardigheid eigenlijk terug in de scenario’s?

De eerste twee grondbeginselen van het UNFCCC, bij de oprichting in 1992. Bron
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