Het verloop van de globale temperatuur deel 1

Collega Jan Ruis uit Delft heeft onlangs een interessante presentatie van zijn hand opgestuurd, waarvan ik u de uitkomsten niet wil onthouden. Het betreft een analyse van het verloop van de globale temperatuur sinds het midden van de 19e eeuw tot heden. U herkent de grafiek wel. Hij is gebaseerd op de dataset HadCRUT3. Het betreft maandelijkse anomalieën (afwijkingen) ten opzichte van een bepaalde referentieperiode.

 

Deze grafiek werd in het laatste (4e) rapport van het IPCC ‘gebruikt’ om te bewijzen dat er sprake is van een versnelling in de opwarming op aarde:


 

Het ziet er inderdaad indrukwekkend uit, maar is het juist? Om dat nader te kunnen analyseren moet je de grafiek enigszins manipuleren. Ik bedoel daar uiteraard niet mee op de manier “hide the decline”, maar door de grafiek uiteen te rafelen. In de periode 1856-2011 is een tweetal bewegingen te herkennen, namelijk een oscillerende (golvende) en een stijgende (trend).
 

We gaan ons eerst richten op de oscillerende beweging in het signaal. Om die goed te kunnen onderscheiden van de trend moet je de grafiek ‘detrenden’, de trendlijn horizontaal leggen. Dat doe je door de waarden van de trendlijn af te trekken van de waarden van het signaal. De grafiek komt er dan zo uit te zien:

Het toont de golvende beweging in het signaal, zonder dat je ‘last’ hebt van de stijgende trend. Wat is nu de oorzaak van die golfbeweging? Al langer gaat de aandacht uit naar de AMO, de Atlantische Multidecadale Oscillatie. Die zijn we ook al eens tegengekomen in het verhaal over het natter worden van de Sahel (zie onder De Dogma’s: De Sahara groeit). De AMO is een lange serie van veranderingen in de temperatuur van het oceaanwater van de Atlantische Oceaan tussen de evenaar en Groenland. Deze in 1994 ontdekte oscillatie heeft een periodiciteit van gemiddeld 45 jaar. De temperatuurvariatie is niet groot, ongeveer 1°C.

Bron: Lienke te Raa

De figuur komt uit de studie van Lianke te Raa (IMAU) uit 2006. Zij schrijft:

“De oceanen spelen een belangrijke rol in het klimaat. Door de grote warmtecapaciteit van water kunnen de oceanen enorme hoeveelheden warmte opslaan. Deze warmte wordt vervolgens over de hele aarde getransporteerd door de oceaanstromingen. Op andere plaatsen op aarde kan de warmte dan weer worden afgegeven aan de atmosfeer. Een voorbeeld is de Golfstroom, die voor de kust van Florida loopt en dan de Noord-Atlantische Oceaan oversteekt als de Noord-Atlantische Stroming. Het relatief warme water dat door deze stromingen richting West-Europa wordt gevoerd wordt gezien als een belangrijke oorzaak voor het relatief milde klimaat van Noordwest-Europa.

Figuur 1

Ook in de diepzee (dieper dan ongeveer 1500 meter) stroomt het water, al zijn de snelheden daar extreem laag: een typische stroomsnelheid in de diepzee bedraagt enkele centimeters per seconde (tegen enkele tientallen centimeters per seconde tot maximaal 1 meter per seconde voor oppervlaktestromingen). Omdat het echter om zoveel water gaat, is dit transport wel degelijk van belang. Een schematische weergave van de oppervlakte- en diepzeestromingen in alle oceanen (figuur 1) laat zien dat in het noorden van de Noord-Atlantische Oceaan een bijzonder proces optreedt: de oppervlaktestroming 'verandert' hier in een diepzeestroming. Door de sterke afkoeling aan het oppervlak van het relatief zoute water dat door de Golfstroom wordt aangevoerd, treedt hier diepe convectie op. Hierbij wordt de hele waterkolom doorgemengd en ontstaat water met een hoge dichtheid, dat vervolgens aan een reis door de diepzee begint. Het koude, zware water stroomt in de diepzee naar de Zuid-Atlantische Oceaan en komt voor een groot deel in de Indische en Stille Oceaan terecht. In tegenstelling tot de atmosfeer komt zulke diepe convectie in de oceaan maar op enkele plaatsen ter wereld voor: naast de Labrador Zee en ten zuiden van Groenland zijn er nog slechts enkele belangrijke gebieden van zogenoemde diepwaterformatie rondom Antarctica.

Bron: R.Currie

Globale oceaanstromingen zoals geschetst in figuur 1 worden aangedreven door de wind aan het oppervlak en door verschillen in dichtheid van het zeewater. De dichtheid van zeewater wordt bepaald door de temperatuur en het zoutgehalte van het water. Over het algemeen is het (oppervlakte)water op lage breedtegraden warm en zout, terwijl het op hoge breedtegraden koud en zoet is. Temperatuur en zoutgehalte hebben een tegengesteld effect op de dichtheid: hoe warmer, hoe lichter en hoe zouter, hoe zwaarder. Meestal wint het effect van de temperatuur: het zeewater rondom de evenaar is lichter dan dat op hoge breedtegraden. Dit soort dichtheidsverschillen in de oceaan zorgen voor drukverschillen, die op hun beurt stromingen aandrijven. Terwijl het effect van de wind op de oceaancirculatie zich beperkt tot ongeveer de bovenste kilometer (van de gemiddeld zo'n vier kilometer diepe oceaan), spelen stromingen als gevolg van dichtheidsverschillen zich af zowel aan het oppervlak als in de diepzee. Het hier geschetste beeld van de oceaanstromingen is een gemiddelde. De werkelijke stromingen kunnen sterk variëren, met als gevolg dat ook het warmtetransport verandert, evenals de afgifte van warmte aan en opname van warmte vanuit de atmosfeer. Ook de plaatsen waar opname of afgifte van warmte optreedt zijn aan dit soort veranderingen onderhevig. ”

Figuur 5

Over de exacte oorzaken van het ontstaan van de AMO is de Raa resoluut:

“Gemiddeld genomen is het zeewater in het noorden kouder dan in het zuiden, waardoor het zeeoppervlak in het noorden iets lager staat dan in het zuiden. De oppervlaktestroming is dan ook noordoostwaarts, terwijl de diepzeestroming vooral zuidwaarts is (zie ook figuur 1). Tijdens de fase waarin de AMO-index positief is, is de temperatuur in het noorden van de Noord-Atlantische Oceaan wat hoger dan gemiddeld. Hierdoor zet de waterkolom wat meer uit, en staat het zeeoppervlak wat minder laag dan gewoonlijk. Als we het verschil met de tijdsgemiddelde situatie bekijken, is er in het noorden dus een hogedrukgebied in de oceaan ontstaan, met een anticyclonale (afwijking van de gemiddelde) stroming als gevolg. De oost-west component van de stroming aan het oppervlak is minder sterk dan gewoonlijk: de afwijking van de tijdsgemiddelde oppervlaktestroming is westwaarts (figuur 5, linker schema).

Er gebeurt echter ook nog wat anders: omdat het zeewater, afgezien van de warme afwijking in het noorden, gemiddeld genomen steeds kouder wordt naar het noorden toe, zal de anticyclonale stromingsanomalie die ontstaat zorgen voor zuidwaarts transport van koud water in het noordoosten. In het noordwesten wordt juist warm water naar het noorden gebracht. Hierdoor schuift het gebied waarin het water abnormaal warm is, naar het westen toe. Dit is precies de westwaartse verplaatsing die we zagen in de computersimulaties.

Kort samengevat: de AMO is het gevolg van een aantal natuurlijke processen, zoals verschillen in temperatuur met als gevolg verschillen in waterhoogte, windrichting en Corioliskracht. De gevolgen van de AMO zijn groot. We hebben al gezien dat de AMO het neerslagregime van de Sahel bepaalt, en de droogtes in Noord-Amerika. En het is bekend dat het invloed heeft op de temperatuur in Europa en Noord-Amerika. Maar strekt de invloed van de AMO zich nog verder uit? Kijk eens naar de figuur hieronder.

CO2 en de menselijke invloed

Er is de laatste dagen nogal wat reuring ontstaan over een – nog niet verschenen – publicatie van Murry Salby, klimatoloog aan de Macquarie Universiteit in Sydney, Australië. Beluister zijn speech hierover via deze link. Nu staat CO2 toch al bij het Australische publiek in de belangstelling vanwege het al of niet invoeren van een groene belasting, maar professor Salby heeft de knuppel in het wetenschappelijke hoenderhok gegooid. Op een bijeenkomst van de IUGG, International Union of Geodesy and Geophysics, gaf hij een voorproefje van zijn komende publicatie. De Australische site joannenova.com.au deed er onlangs een boekje over open.

Bron: Tom Quirk

De conventionele hypothese is dat de stijging van het atmosferische CO2 van ~280 ppm in de 19e eeuw tot ~390 ppm in 2011 het gevolg is van de antropogene uitstoot van CO2 door verbranding van fossiele brandstoffen. Omdat de afgelopen decennia die uitstoot ongeveer 2x zo snel gaat als de groei van het CO2-gehalte gaat men er van uit dat ~50% van die antropogene CO2 opgenomen wordt door de oceanen. Zie de figuur hierboven.

Wat heeft Salby gevonden? Het CO2 dat in de atmosfeer zit bestaat uit 2 isotopen koolstof: 98,9% zogenaamd 12C, en 1,1% 13C. Die verhouding is niet voor elke bron gelijk: fossiele brandstoffen hebben een iets andere verhouding 13C/12C dan bijvoorbeeld planten. De ratio voor fossiele brandstoffen is kleiner dan die van planten. Tot nu toe is men er van uitgegaan dat op basis van die 13C/12C ratio vastgesteld kon worden dat de ‘extra’ CO2 in de atmosfeer het gevolg was van antropogene uitstoot, ook omdat de ratio 13C/12C in de loop van de tijd kleiner geworden is: de ‘fingerprint’. Salby stelt dat het verschil tussen CO2 uit fossiele brandstoffen en CO2 uit planten zeer klein is: de ratio’s verschillen slechts 2,6% van elkaar . Alleen al daarom is niet vast te stellen ‘waar’ het extra CO2 vandaan komt. Hij concludeert dat 80% van de variaties in atmosferische CO2 het gevolg is van schommelingen in de temperatuur.

Bron: WUWT

Ook Roy Spencer heeft dat enkele jaren geleden al beredeneerd. Bovenstaande figuren geven het CO2-signaal en het 13C-signaal weer als de trend verwijderd is. De overeenkomst is duidelijk. Hij vergelijkt dan de variabiliteit van beide bovenstaande signalen met elkaar, en komt tot de verrassende ontdekking dat de ratiohelling exact hetzelfde is als bij vergelijking van de trendsignalen, namelijk 1,0952%. Spencers conclusie: “Bottom line: If the C13/C12 relationship during NATURAL inter-annual variability is the same as that found for the trends, how can people claim that the trend signal is Manmade?? ”.

Bron: Wikipedia

Nu is het sowieso al erg lastig omvast te stellen ‘waar’ CO2 vandaan komt (sources) en waar het weer opgenomen wordt (sinks). Op bovenstaande figuur is de koolstofcyclus weergegeven. De belangrijkste bronnen voor atmosferisch CO2 zijn de oceanen ( 90 gigaton/jaar) , vegetatie (60 gigaton/jaar) en bodems (60 gigaton/jaar). De inbreng van de mensheid is slechts 5,5 gigaton/jaar. De menselijke inbreng in atmosferische koolstof is dus 2,6%. Men kan zich afvragen of een dergelijke kleine inbreng er wel toe doet, zeker als men bedenkt dat bovenstaande getallen schattingen zijn. De foutenmarges in die grote stromen zijn groter dan de antropogene inbreng. Bovendien: een relatief kleine variatie in de natuurlijke stromen van koolstof in de cyclus zal de menselijke inbreng overschaduwen. Maar afgezien daarvan: hoe kan het dat die zeer kleine extra source in staat is om het atmosferische CO2-gehalte zo op te drijven? De vraag stellen is hem beantwoorden vinden sommige wetenschappers.

Er zijn de afgelopen jaren vanuit diverse kanten twijfels gerezen over de antropogene oorsprong van de stijging van het atmosferische CO2. Een daarvan heeft te maken met de dalende 13C/12C ratio. Veel planten gebruiken hoofdzakelijk 12C in hun assimilatieproces, het zogenaamde C3 metabolisme. Maar een klein deel van de planten (~3% van de plantensoorten) heeft een zogenaamde C4 metabolisme en nemen meer 13C op dan de meeste planten.

Bron: http://faostat.fao.org/

Een van die soorten is maïs. En de productie van maïs is de afgelopen decennia enorm gestegen: vanaf 1961 is de productie ongeveer verviervoudigd. Die vermaizing van het platteland heeft ook in ons land, met name op de zandgronden in het oosten en zuiden, de afgelopen decennia een grote vlucht genomen. Dit kan invloed hebben op de 13C/12C ratio van de atmosfeer.

Salby ontkent niet dat CO2 van antropogene oorsprong invloed heeft op het CO2-gehalte van de atmosfeer, hij betwijfelt of die invloed dominant is, zoals tot nu toe werd aangenomen. Hij constateert dat de grootste toenames van CO2 plaatsvinden tijdens El Niño-condities, en de kleinste tijdens grote vulkaanuitbartingen. Dat wijst op een grote gevoeligheid van atmosferisch CO2 voor temperatuurschommelingen. Een fraai voorbeeld van die temperatuurgevoeligheid levert de redacteur van de site klimaatfraude.info. Hij vergelijkt de globale temperatuurstijging volgens HadcrutV3 met de variaties in het CO2-gehalte. Het resultaat ziet u hieronder. Een verbazingwekkend mooie correlatie , waarbij de CO2 grafiek na-ijlt op de temperatuur. Uiteraard gaat het hier om de variaties, de trend is er uit gehaald. Maar de sturende invloed van de temperatuur op het CO2-gehalte is onmiskenbaar.

Bron: woodfortrees.org

Roy Spencer trok in 2008 in een bijdrage voor WUWT al de aandacht voor het CO2-probleem. In onderstaande figuur is de uitstoot door de mens uitgedrukt in mmtC ( miljoen metrische tonnen C per jaar ) vergeleken met de variaties in CO2 (uitgedrukt ijn mmtC) gemeten op Mauna Lao. De enorme variatie in atmosferisch CO2 is niet het gevolg van de antropogene emissies, maar van natuurlijke variaties.

Spencer vergelijkt de trends van het CO2-gehalte uit bovenstaande figuur met die van de Hadcrutv3 globale temperatuur en vindt een toename van 4300 mmtC in Mauna Loa bij 1°C temperatuurstijging. Als hij uit beide grafieken (Mauna Loa en HadCrutv3) de trend haalt en dan beide datasets met elkaar vergelijkt , dan blijkt dat de regressiehelling 5100 mmtC/1°C is. De grootste correlatie ontstaat als je de temperatuurdata van de oceanen op het zuidelijk halfrond vergelijkt met Mauna Loa: 7100 mmtC/1°C.

Spencer concludeert hieruit twee dingen. In de eerste plaats dat het mechanisme dat El Niño/La Niña veroorzaakt sterk genoeg is om de stijgende trend in CO2 op Mauna Loa te verklaren. In de tweede plaats dat het eerder de oceanen dan de continenten zijn die de variaties CO2 op Mauna Loa verklaren. Mogelijk dat een toename van de El Niño/La Niña-activiteit de afgelopen decennia een (grote) impact heeft gehad op het atmosferisch CO2-gehalte. Grotere fluctuaties in omhoogkomend koud zeewater aan de westzijde van continenten, met mogelijke toename van de aanvoer van CO2 uit grotere diepten.

Op onderstaande figuur zijn de variaties van CO2 op Mauna Loa afgezet tegen de antropogene emissies. De variaties lopen van 0% tot 130% van die menselijke emissies. Spencer concludeert: “In Fig. 5 we see that the yearly-average CO2 increase at Mauna Loa ends up being anywhere from 0% of the human source, to 130%. It seems to me that this is proof that natural net flux imbalances are at least as big as the human source. ”

De grote vraag is tenslotte, wat de drijvende kracht zou kunnen zijn achter de natuurlijke variaties van het CO2-gehalte. Het idee van Spencer dat het met name de oceanen zijn die de drijvende kracht zijn achter het atmosferische CO2 wordt ook gedeeld door Tom Quirk in een publicatie uit 2009.

In de publicatie van Quirk is een interessant deelonderzoek te vinden. Ongeveer 75% van de antropogene CO2 emissies vindt plaats ten N van 30° NB. De vraag rees hoe snel C zich over de aarde kan verspreiden. Omdat CO2 ruimtelijk diffuus geëmitteerd wordt (en geabsorbeerd) maakte Quirk gebruik van het feit dat eind jaren ’50 en begin jaren ’60 nabij de Noordpoolcirkel nucleaire proeven zijn gedaan waarbij 14C vrij kwam. Op onderstaande figuur is te zien dat het enkele jaren duurde voordat dit 14C gelijkmatig over de aarde verspreid was.

Men zou verwachten dat op grond van bovenstaande er een time lag is tussen de variaties in CO2 van het NH en die van het ZH, met een omvang van ongeveer een half jaar. Om dat te kunnen vaststellen heeft Quirk de CO2 datareeksen van Mauna Loa en Antarctica vergeleken. Het resultaat ziet u in onderstaande figuur. Van een time lag tussen het NH en het ZH is geen sprake.

CLOUD experiment afgerond, wetenschappers krijgen ‘interpretatieverbod’

Bron: New Scientist

Dit is een bericht dat nauwelijks aandacht heeft gehad, maar wel zeer opmerkelijk is. CERN in Geneve had al lang op de rol staan het experiment CLOUD, Cosmic Leaving Outdoor Droplets. Met behulp van een nevelkamer tracht men de mogelijke link te ontdekken tussen galactische kosmische straling en wolkvorming. Daarbij wordt gebruik gemaakt van de deeltjesversneller van CERN.

De man die het mogelijke verband tussen kosmische straling het eerst naar buiten bracht is Henrik Svensmark, een Deense fysicus. Zie voor de theoretische achtergrond het artikel in hoofdstuk “Nieuwe inzichten” en dan “Kosmische straling”. Met enige vertraging vanwege de technische aanloopproblemen met de versneller is het experiment dan uiteindelijk enkele maanden geleden uitgevoerd. Resultaat? Tja, dat ligt een beetje moeilijk. Welt Online had een interview met algemeen directeur van CERN, Rolf-Dieter Heuer. Hier een stukje uit dat interview dat over CLOUD ging:

Welt Online: “ Mit großer Spannung werden auch die Ergebnisse des so genannten Cloud-Experiments erwartet, bei der die Bildung von Wolken erforscht wird. Diese Ergebnisse könnten doch für das Verständnis des globalen Klimawandels wichtig sein? “

Heuer: “ Es geht hier in der Tat darum, die Wolkenbildung besser zu verstehen. In der Natur gibt es sehr viele Parameter, die das beeinflussen – unter anderem die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, Verunreinigungen und auch die Höhenstrahlung. Beim Experiment „Cloud“ geht es darum, den Einfluss der Höhenstrahlung auf die Wolkenbildung zu untersuchen. Die dafür genutzte Strahlung kommt aus dem Beschleuniger. Und in einer Experimentierkammer kann unter kontrollierten Bedingungen erforscht werden, wie die Tröpfchenbildung von der Strahlung und Schwebstoffen abhängt. Die Ergebnisse werden in Kürze veröffentlicht. Ich habe die Kollegen gebeten, die Ergebnisse klar dazustellen aber nicht zu interpretieren. Damit würde man sich sofort in die hochpolitische Arena der Klimawandeldiskussion begeben. Man muss sich darüber klar sein, dass es sich bei der Höhenstrahlung nur um einen von sehr vielen Parametern handelt. “

De wetenschappers van CERN krijgen dus een ‘interpretatieverbod’, een milde vorm van spreekverbod. Nigel Calder, bekend wetenschapsjournalist uit de UK, zegt hierover in zijn blog:

Four quick inferences:
1) The results must be favourable for Svensmark or there would be no such anxiety about them.
2) CERN has joined a long line of lesser institutions obliged to remain politically correct about the man-made global warming hypothesis. It’s OK to enter “the highly political arena of the climate change debate” provided your results endorse man-made warming, but not if they support Svensmark’s heresy that the Sun alters the climate by influencing the cosmic ray influx and cloud formation.
3) The once illustrious CERN laboratory ceases to be a truly scientific institute when its Director General forbids its physicists and visiting experimenters to draw the obvious scientific conclusions from their results.
4) The resulting publication may be rather boring.

Hij zou wel eens gelijk kunnen hebben. Blijkbaar heeft de politieke correctheid het CERN nu ook in zijn greep. Voor wat betreft punt 4 maak ik me geen zorgen. Er zijn voldoende fysici die zelfs met saai onderzoeksuitslagen uit de voeten kunnen. We wachten met spanning op de zorgvuldig van interpretaties ontdane onderzoeksresultaten.
 

Bron: gust

Deense onderzoekers hebben in een onlangs in Science gepubliceerd onderzoek aangetoond dat zelfs tijdens de Holocene Temperature Maximum zo’n 8000 jaar geleden, toen het op aarde enkele graden warmer was dan momenteel, het zomerdrijfijs in omvang ongeveer de helft was van het jaar 2007. In dat jaar was de omvang van het zomerdrijfijs op een recent dieptepunt.

Funder e.a. hebben bij hun onderzoek gebruik gemaakt van drijfhout en het ontstaan van strandribbels in het noorden van Groenland. Drijfhout uit het noorden van Noord Amerika en Europa/Azie kan alleen Groenland bereiken als het drijfijs tot aan de kust van Groenland reikt. Omgekeerd kunnen alleen strandribbels ontstaan als er sprake is van open water. Funder e.a. reconstrueerden op deze wijze de anomalieën van het drijfijs gedurende het Holoceen.

Bron: Funder e.a.

Vanwege het feit dat in Canada voornamelijk sparren groeiden en in Siberië voornamelijk lariksen kon het stromingspatroon in de Noordelijke IJszee gereconstrueerd worden. Dit patroon bestaat uit een tweetal situaties, de Transpolar Drift (TPD) en de Beaufort Gyre (BG). Beide zijn aangegeven op bovenstaande figuur.

De sturende kracht achter beide stromingspatronen is volgens de onderzoekers de AO, Arctic Oscillation. Warme periodes vallen dan samen met tijden met relatief veel positieve AO, met sterke westenwinden, terwijl koelere situaties samenvallen met periodes met relatief veel negatieve AO. Dit laatste is ook al in andere studies verondersteld. Zie hoofdstuk De Dogma’s onder Het Drijfijs Smelt.

In een interview met de BBC benadrukte Funder dat zelfs gedurende het Holocene Temperature Maximum, toen de temperatuur op aarde hoger was dan momenteel, met een oppervlakte aan drijfijs die de helft was van die in 2007 , er geen ‘tipping point’ bereikt is. Hij zegt: " I don't say that our current worries are not justified, but I think that there are factors which will work to delay the action in relation to some of the models that have been in the media. "I think the effect of temperature and global warming may cause a change in the general wind systems which maybe will delay the effects of the rapidly rising temperatures a little bit."

Conclusie van de onderzoekers: “ The lack of uniformity in past sea-ice changes, which is probably related to large-scale atmospheric anomalies such as the Arctic Oscillation, is not well reproduced in models. This needs to be further explored, as it is likely to have an impact on predictions of future sea-ice distribution.”
 

Oceanen warmen sinds 2003 niet meer op.

Een recente publicatie van Palmer e.a. heeft nogal wat stof doen opwaaien. De studie vergelijkt de decadale trends tussen TOA (Top of Atmosphere), SST (Sea Surface Temperature) en OHC (Ocean Heat Capacity) . Wat direct opvalt is dat OHC sinds 2003 geen opwaartse trend meer vertoont. Bij een toenemende hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer zou men verwachten dat de OHC ook zou toenemen. Dat doet hij ook wel vanaf ~1970, maar na 2003 stokt de stijging.

De vraag is natuurlijk hoe dat kan? De extra warmte die vanwege een toegenomen broeikaseffect vastgehouden wordt moet toch ergens blijven. De oceanen hebben daarvoor verreweg de grootste opslagcapaciteit.

 

Bron: http://www.argo.ucsd.edu/

Palmer e.a. denken dat een deel van de warmte uit de bovenste waterlaag in de oceanen (mixing layer) naar grotere diepten is getransporteerd, waardoor de warmtehoeveelheid in de bovenste laag sinds 2003 constant is gebleven. Sinds 2001 wordt in alle oceanen tot een diepte van 2000 m onder andere de temperatuur gemeten in het kader van het zogenaamde ARGO-project. Momenteel zijn ruim 3300 ARGO-floats werkzaam. Ook Katsman en van Oldenborgh van het KNMI denken dat een deel van de verklaring te vinden is in het verdwijnen van een deel van de warmte naar grotere diepte.

Er zijn mijns inziens echter geen aanwijzingen vanuit het ARGO-project dat dit het geval is. Ook Roger Pielke sr is die mening toegedaan: “As heat is moved downward, we should see these warm pulses moving downward in the vertical profiles in the layer above about 700m where the data coverage is quite good. To my knowledge we do not see this heat transfer.”

Bron: KNMI

Katsman en van Oldenburgh zien een tweetal oorzaken: extra warmte verdwijnt als warmtestraling aan de bovenkant van de atmosfeer, en extra warmte gaat naar diepere waterlagen. Voor dat laatste verwijzen ze naar fluctuaties in de zogenaamde Atlantic Meridional Overturning Circulation, de warmtetransportband in de Atlantische Oceaan. Als die minder sterk is zou er meer menging plaatsvinden. Dat effect doet zich met name voor in het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan, zoals op bovenstaande figuur te zien is. De vraag is gerechtvaardigd of een dergelijk regionaal proces op korte termijn implicaties kan hebben voor de OHC van de gehele aarde.

Pielke zegt daarover: “ If there is such transport of warm water to deep depths in the oceans, this heat is unlikely to be available on even decadal time scales for much transfer back into the atmosphere, where it could affect weather circulation patterns and atmospheric global warming. Of course, sea level rise would still occur from this heat, and, presumably, on some longer time scale this heat will reemerge. Nonetheless, such a long-term sink of heat, if it is occurring, may be an unrealized negative feedback on atmospheric warming.”

Bron: Levitus e.a.

Zoals op bovenstaande figuur uit de studie van Levitus te zien is, begint de stagnatie van de OHC vrijwel tegelijkertijd in alle oceaanbekkens. Het is dus de vraag of dat toegeschreven kan worden aan een regionaal effect zoals een haperende Atlantic Meridional Overturning Circulation.
Het verloop van de OHC zoals gereconstrueerd door Levitus, en Ishii & Kimoto en Domingues, is in onderstaande aangegeven met blauwe lijnen. Het verloop van de OHC is 17 keer nagebootst met een klimaatmodel (grijze lijnen, een voorbeeld is benadrukt in rood), de zwarte lijn geeft het gemiddelde verloop weer waarin de natuurlijke fluctuaties zijn uitgemiddeld (bron: KNMI). Te zien is dat het klimaatmodel tussen 1970 en 2002 de reconstructies heel aardig volgt. Vóór 1970 en na 2002 lopen analyses en model sterk uiteen.

Bron: KNMI

In de grafiek is te zien dat de OHC van Levitus na 2002 hoger ligt dan Ishii en Kimoto. De data van Levitus zijn echter in 2010 door NODC/NOAA naar beneden bijgesteld.

Bron: NODC/NOAA

De onderzoekers van het KNMI verwijzen voor wat betreft de atmosferische component naar een extra warmteverlies naar de ruimte als gevolg van het El Niño-effect. Deze periodieke opwarming van het centrale deel van de Grote Oceaan warmt het water extra op, waardoor via toegenomen warmteuitstraling en verdamping extra warmtetransport naar de ruimte plaats vindt. Dat laatste is voor de trouwe lezers van deze site niet bijzonder. Lees daarvoor de bijdragen over Noor van Andel (Latente warmteflux) en de thermostaat hypothese in het hoofdstuk Nieuwe Inzichten.

Bron: wikipedia

Nu zijn El Niño en La Niña van alle tijden, dus hoe verklaren Katsman en van Oldenborgh dat juist ná 2003 er een stagnatie optreedt? Dat doen zij door te wijzen op de extra El Niño-activiteit in het afgelopen decennium. Nu is dat inderdaad juist: het afgelopen decennium is El Niño extra actief geweest . Maar verklaart dat de stagnatie na 2003? Kijk eens naar het historische verloop van El Niño / La Niña sinds 1982. Inderdaad is El Nño het afgelopen decennium extra actief geweest, maar dat was nog sterker het geval tussen 1990 en 1998. En van een stagnatie in de stijging van de OHC was toen geen sprake. Je kunt je derhalve afvragen hoe sterk dit argument is.

Bron: IRI Columbia

Katsman en van Oldenborgh zetten hun kaarten in op El Niño en noemen de stagnatie van de OHC voor wat betreft de atmosferische component het gevolg van natuurlijke variabiliteit. Ik vind dat niet overtuigend, zoals ik hierboven al heb willen aantonen. Er is namelijk nog een derde mogelijkheid, namelijk de negatieve terugkoppeling via extra verdamping en wolkvorming als gevolg van een stijging van de SST. Lindzen heeft in 2009 al laten zien dat er sprake is van een toenemende uitstraling (TOA) , gemeten door ERBE. En die gemeten toegenomen uitstraling is tegengesteld aan het door klimaatmodellen voorspelde gedrag, namelijk een afname van die uitstraling.

Bron: Lindzen

Oceanen beslaan 71% van het aardoppervlak, en met hun gigantische opslagcapaciteit voor warmte sturen zij het wereldklimaat. Het is derhalve geen toeval dat de stagnatie van de OHC samenvalt met het stilvallen van de gemiddelde wereldtemperatuur het afgelopen decennium. Zie de temperatuurgrafieken van de grote instituten in het hoofdstuk De Feiten onder Wereld Temperatuur. HadCrut laat zelfs een daling van de globale temperatuur zien.

1-8-2011

Spencer vergelijkt klimaatmodellen met data CERES
 

Satelliet Terra Bron NASA

Dr. Roy Spencer van UAH en zijn collega William Braswell hebben met hun jongste publicatie nogal wat stof doen opwaaien. Het artikel in het tijdschrift Remote Sensing vergelijkt de data van de CERES instrumenten aan boord van NASA’s Terra satelliet. Een van de twee CERES instrumenten meet sinds 2000 de door de aarde uitgezonden kortgolvige (reflectie) en langgolvige (warmtestraling) straling. De gangbare theorie is dat de temperatuur op aarde met een time-lag reageert op zogenaamde forcings (zoals toename van broeikasgassen) door de absorptie van de extra energie in de zogenaamde mixed layer van de oceanen, en dat daarna pas een correctie komt van de energiebalans door meer output van straling richting ruimte.

Spencer en Braswell vergeleken de satellietdata van de afgelopen 10 jaar met een zestal klimaatmodellen die gebruikt worden door het IPCC. Het IPCC gebruikt meer dan 20 van dergelijke modellen in haar publicaties, maar Spencer gebruikt in zijn studie alleen de 3 meest gevoelige modellen (MIROC3.2-hires; IPSL-CM4; MIROC3.2-medres) en de drie minst gevoelige modellen (FGOALS; NCAR PCM1; GISS-ER). Spencer en Braswell bekeken op welke wijze de 6 klimaatmodellen reageerden in een periode van 18 maanden vóór tot 18 maanden ná een temperatuurwijziging tussen 200 en 2011 , en vergeleken dat met hoe de atmosfeer in werkelijkheid reageerde aan de hand van satellietdata.

Er blijkt een fors verschil te zijn tussen de voorspellingen van de modellen en de gemeten waarden door CERES. De meetgegevens van de satelliet laten zien dat er gedurende een temperatuurpiek veel meer energieverlies richting ruimte is gedurende en na de opwarming dan de modellen aangeven. Dat is vooral het geval boven de oceanen, die ruim 70% van het aardoppervlak beslaan. In onderstaande figuur is dat weergegeven. Voor de temperatuurgegevens aan het aardoppervlak maakten de onderzoekers gebruik van HadCRUT data.

Dat wolken een grote invloed hebben op het aardse klimaat is al langer bekend. Hoge bewolking (cirrus), dat bestaat uit ijskristallen, heeft de eigenschap dat het vrijwel alle kortgolvige straling doorlaat maar een deel van de uitgaande langgolvige straling absorbeert en weer uitstraalt. Dit type bewolking warmt de aarde op. Lage bewolking, zoals stratus, bestaat uit waterdruppels en reflecteert een deel van de kortgolvige straling terwijl het ook langgolvige straling absorbeert. Het netto effect van dit type bewolking is afkoeling. Reflectie domineert dus absorptie.
Al eind jaren ’80 concludeerde NASA aan de hand van data uit het ERBE-project dat aardse bewolking netto een afkoelend effect heeft, dat geschat wordt op zo’n 11°C.

NASA schrijft op haar website: “Given the large impact of clouds on the radiative energy balance, the critical question now becomes: What effect will clouds have on surface temperatures if global climate changes in the next century? No one knows. Clouds could act to dampen any greenhouse gas warming by increasing cloud cover, increasing thickness, or by decreasing in altitude. Conversely, clouds could act to increase warming of the planet if the opposite trends occur. In fact, the climate is so sensitive to how clouds might change, that our current best models of global climate can vary in their global warming predictions by more than a factor of three depending on how we try to model the clouds.

So why can't we model clouds? The biggest problem is that clouds are almost explosive in nature when compared to the rest of the climate system. Cumulus clouds can form in seconds to minutes, and the entire life cycle of a massive thunderstorm can be measured in hours. This thunderstorm cloud may only cover 20 to 50 miles of the Earth's surface, while our best global climate models on the world's fastest supercomputers can only track a single column of the surface and atmosphere every 50 to 200 miles. ”

Toch gaan alle door het IPCC gebruikte klimaatmodellen uit van een positieve feedback van bewolking als gevolg van een versterkt broeikaseffect. De bevindingen van Spencer en Braswell geven aan dat het tijd wordt voor een heroverweging van wolkengedrag door de modelbouwers. Het zijn spannende tijden in klimatologenland.

 

2-7-2011

Duitse kernenergie exit

Wat bezielt de Duitsers om zo emotioneel te reageren op de problemen met de kerncentrale in Fukushima? Natuurlijk is kernenergie altijd al omstreden geweest in de BRD, maar tot nu toe bleven de acties beperkt tot de (relatief omvangrijke) groep geitenharenwollensokken alto’s.

Ondanks alle alarmerende berichten uit Japan hebben de problemen in de Fukushima-centrale niet geleid tot doden, zelfs niet tot stralingszieken voor zover we nu weten. Bovendien ontstonden de problemen door een extreem hevige tsunami, niet door het falen van het systeem. Men kan stellen dat het systeem op de betreffende locatie zodanig gebouwd had moeten worden dat geen enkele tsunami dergelijke gevolgen zou kunnen hebben. Dat is ongetwijfeld juist.

Dat neemt echter niet weg dat het besluit om op termijn alle Duitse kerncentrales te sluiten vooral op emoties lijkt te zijn gebaseerd, terwijl men toch zou mogen verwachten dat de grootste economie van Europa een zorgvuldige afweging zou maken. Maar hoe maak je een dergelijke afweging? Daar zijn uitgekiende methoden voor.

De vraag hoe het palet van elektriciteitsproductie er in de toekomst uit moet zien is al jaren een onderwerp van onderzoek. Daarbij speelt een populair begrip als ‘sustainabilty’ een belangrijke rol, zeker afgezet tegen de klassieke nadelen van fossiele brandstoffen, zoals milieuproblemen en beperkte voorraad. Nu zijn met name de voorraden van gas maar vooral van steenkool ongekend groot, maar vooral de laatste levert op veel plaatsen milieuproblemen op. Zou het niet fantastisch zijn als het mogelijk was om voor 100% over te stappen op duurzame energie? Maar is dat realistisch?

 

Paul Scherrer Institut in Zwitserland

Een recente methode om voor- en nadelen van diverse vormen van elektriciteitsopwekking op een rijtje te zetten is de MCDA, Multi Criteria Decision Analyses van het Zwitserse Paul Scherrer Institut. Het Paul Scherrer Instituut, PSI, is het grootste onderzoekscentrum voor natuur-en ingenieurswetenschappen binnen Zwitserland.

De recente conclusie van het instituut is dat er momenteel geen optimale oplossing voor het energieprobleem is, en dat de keuze sterk afhangt van de prioriteiten die men wil stellen.

In de MCDA gaat het om 3 velden die een rol spelen in de analyse, namelijk milieu, economie en maatschappij. De opzet van de MCDA is hieronder links schematisch weergegeven. Alle stappen in blauw zijn objectieve stappen, de enige rode is een subjectieve. De drie genoemde velden zijn hieronder rechts verder uitgewerkt, op basis van reacties van een grote groep belanghebbenden.

Alle onderdelen van de drie velden zijn zo goed als mogelijk gekwantificeerd. Daarna heeft men elk van de onderdelen een relatieve weging gegeven, zoals hieronder weergegeven.

Voor Zwitserland is daarna een analyse gemaakt voor het jaar 2050. Daarbij heeft men zo goed als mogelijk is rekening gehouden met lopende technologische ontwikkelingen binnen de diverse vormen van elektriciteitsopwekking. In de figuur hieronder is voor elk van de energievormen aangegeven wat de ranking is op basis van MCDA voor elk van de drie velden. Afhankelijk van bepaalde (bijvoorbeeld politieke) afwegingscriteria kan men aan een van de velden een zwaardere weging toekennen dan aan andere. Voor de Duitse regering is de ‘focus society’ blijkbaar momenteel een zeer zware factor.

Stel nu dat ik alle drie de velden een even zware weging toeken, hoe komt het plaatje er dan uit te zien? Op onderstaande figuur heb ik de uitslag met oranje bolletjes weergegeven. In het veld environment is klimaatverandering als gevolg van de toepassing van een bepaalde vorm van stroomopwekking voor 30% meegeteld. Dat lijkt me een keuze die vooral is ingegeven door de alarmistische visie van het IPCC. Als men de invloed op het klimaat op 0% stelt, zou dat voor de oranje bolletjes in de figuur betekenen dat de waarde met ~1 rankingpunt afneemt.

Als we op basis van bovenstaande figuur de meest duurzame vorm van energieopwekking moeten kiezen, dan is de grote winnaar het gebruik van zonne-energie voor de opwekking van elektriciteit en voor omzetting in warmte. Op een goede derde plaats komt dan nucleaire energie van de vierde generatie. De vraag is echter of de economische component van de analyse even zwaar mag tellen als die van milieu en maatschappij. Tenslotte willen we wel allerlei schone technologie, mits het betaalbaar is. Daarom heb ik in de figuur de component ‘economy’ laten staan, de rode bolletjes.

Geeft men de factor ‘kosten’ een zwaardere weging, dan komen nucleaire energie maar ook aardgas er goed uit. Opvallend is dat windenergie er helemaal niet goed van af komt in de analyse. Het is daarom onbegrijpelijk waarom veel overheden nog steeds deze vorm van energieopwekking omarmen.

Natuurlijk zit de energiewereld niet eenvoudig in elkaar, al was het alleen maar omdat gebruik van meerder energievormen uit oogpunt van risicospreiding voor de hand ligt: draag niet al je eieren in één mandje. De beslissing van de Duitse regering om kernenergie uit te bannen lijkt daarom des te meer op paniekvoetbal. En dan ook nog eens méér windenergie inplannen. Of is het een politieke Schwalbe?

Tot slot nog twee interessante tabellen van het PSI. Voor de duidelijkheid: E-3 betekent : per 1000, E-6 per 1 miljoen, etcetera.

Help, Venetië verzuipt!

 

Alweer een fout van het IPCC "hersteld". In 2007, direct na publicatie van rapport 4 van het IPCC, zei Osvaldo Canziani : “Venice could find itself under water within a few decades if current climate trends continue. Over the next 30 or so years rainfall in the northern Mediterranean will increase by 10-20% as a result of global warming”. Canziani is een Argentijns meteoroloog die een hoge post bekleedt binnen het IPCC. Gedurende het derde (TAR) en vierde (AR4) rapport van het IPCC was hij co-chairman van werkgroep II.

Bron: Troccoli et al

Venetië is net als Nederland een geliefd doelwit voor alarmisten als het gaat om klimaatverandering. Beide regio’s liggen immers ‘gevaarlijk’ dicht op gemiddeld zeeniveau, en met de door alarmisten voorspelde forse zeespiegelstijging ligt het voor de hand dat daar de eerste klappen vallen.

Maar wat voor de hand ligt hoeft daarom nog niet juist te zijn. Dat bewijst de Italiaanse onderzoeker Dr Alberto Troccoli van CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) in een studie die hij samen met een internationaal team heeft gedaan. De publicatie, “Storm surge frequency reduction in Venice under climate change”, maakt korte metten met de voorspellingen van Canziani voor wat betreft Venetië.

De plaatjes zijn bekend: bekende delen van Venetië zoals het San Marcoplein , staan onder water. Het lijkt logisch: als de voorspellingen van het IPCC uitkomen, zal Venetië in de golven verdwijnen. Maar de werkelijkheid blijkt weerbarstiger dan de makkelijke optelsom van zeespiegelstijging + extra neerslag + lage ligging Venetië = veel overstromingen.

Troccoli heeft studie gedaan naar het verschijnsel van Acqua Alta, de hoogwaterproblemen. Die problemen ontstaan bij een combinatie van getijdewerking en wind. De getijdewerking is in de Middellandse Zee gering vanwege de vrijwel volledige afsluiting voor de vloedgolf door de nauwe Straat van Gibraltar. Die geringe getijdebeweging van het water vindt dus uitsluitend plaats als gevolg van astronomische krachten.

Veel belangrijker is de invloed van storm, die het water in de Adriatische Zee onder bepaalde omstandigheden flink kan opstuwen. Troccoli noemt dit de atmosferische component. In de onderstaande grafiek is de overheersende rol van de wind ten opzichte van getijdewerking goed te zien.

Bron: Troccoli et al

De stormvloed die zo nu en dan delen van Venetië onder water zet is het gevolg van de luchtdrukverdeling boven de Middellandse Zee. Als die luchtdrukverdeling zodanig is dat er een lagedrukgebied in de buurt van Corsica ligt, zal als gevolg daarvan boven de Adriatische Zee de wind uit het ZO komen en het water in de Adriatische Zee nabij Venetië hoog op stuwen. Volgens Troccoli wordt de atmosferische component van de stormvloed voor 75% bepaald door deze opstuwing.

Bron: Troccoli et al

Naast opstuwing spelen ook nog andere factoren een rol, zoals de lagere luchtdruk, die een zogenaamde inverse barometer effect veroorzaakt ( ~10-15%) en toegenomen neerslag (~5-10%). Troccoli heeft op basis van bovenstaande een tweetal drempels voor het ontstaan van stormvloeden vastgesteld. De eerste is een drukverschil van minimaal 17,5 mbar tussen Venetië en Mostar, de tweede dat de baan van stormcentrum (lagedrukgebied) binnen 10° van Venetië gelegen is. Verificatie vond plaats aan de hand van de ERA-40 dataset.

 

Een van die auteurs is Michael Mann, bekend van de hockeystickgrafiek. Geen wonder dan ook dat de publicatie op extra belangstelling mocht rekenen van diegenen die het klimaat kritisch volgen. En kritiek kwam er, zowel op de reconstructie van het zeeniveau als op de gebruikte temperatuurdata. Laten we eerst eens naar de reconstructie van het zeeniveau kijken. De auteurs concluderen op basis van de studie dat er een viertal periodes te onderscheiden zijn: a) van 100 v. Chr. tot 950 n.Chr. een stabiele zeespiegel b) van 950 n.Chr. tot 1350 n.Chr. een stijging met 0,6 mm/jaar c) van 1350 n.Chr. tot ongeveer 1880 n.Chr. stabiel en licht dalend d) van ongeveer 1880 tot heden 2,1 mm/jaar Voor een inleiding in de materie leest men bijvoorbeeld deze site, hoofdstuk “De Feiten” en dan “Zeespiegelstijging”. Het is dan al snel duidelijk dat van ‘één zeespiegel’ geen sprake is. Allerlei factoren hebben invloed op de zeespiegel, zodat men beter van regionale zeespiegel kan spreken dan van een mondiale, zeker in een relatief korte tijdsspanne.

Onderhavige studie baseert de reconstructie van het zeeniveau op een aantal sedimentboringen op een tweetal plaatsen, vlak bij elkaar gelegen aan de oostkust van de USA. Tot voor kort, voordat de satelliet zijn intrede deed, was men uitsluitend aangewezen op onderzoek langs de kust. Dat juist dergelijk kustonderzoek voor extra complicaties zorgt is bekend. Mörner (2010) vat de problemen die kunnen ontstaan bij een reconstructie van het zeeniveau langs de kust bondig samen in onderstaande figuur.
 

Bron: Mörner

Zoals op het kaartje goed te zien is, is de kust van North Carolina een sedimentatiekust, met strandwallen, en een achterliggend waddengebied, het haf. Eigenlijk is deze situatie heel goed vergelijkbaar met onze eigen kust in West en Noord Nederland. Net als in North Carolina is in ons haf op den duur veen ontstaan (Hollandveen). Dergelijke kusten zijn zeer dynamisch van aard (zie bovenstaand figuur) waardoor het zeer lastig is het zeeniveau te reconstrueren. Bovendien is het extra lastig op basis van de veenafzettingen dergelijk onderzoek te doen omdat veenafzettingen organisch van aard zijn, en te maken hebben met inklinken, mar ook met andere geochemische reacties.

De auteurs zeggen over de betrouwbaarheid van deze data: “Agreement of geological records with trends in regional and global tide-gauge data (Figs. 2B and 3) validates the salt-marsh proxy approach and justifies its application to older sediments. Despite differences in accumulation history and being more than 100 km apart, Sand Point and Tump Point recorded near identical RSL variations.”

 

Bron: WUWT

Eschenbach heeft in een bijdrage voor WUWT uitgezocht of de salt-marsh proxy approach in de studie inderdaad gerechtvaardigd wordt door nabijgelegen getijdedata. In bovenstaande figuur zijn de 2 nabijgelegen getijdemeetpunten weergegegeven, namelijk Hampton Roads en Wilmington.

Van de eerste gaan de data terug tot 1927, van de tweede tot 1935. Bovendien heeft Eschenbach de satellietgegevens van TOPEX
gebruikt die lopen vanaf 1992. In onderstaande figuur zijn alle data bijeengebracht om te zien of “global tide-gauge data (Figs. 2B and 3) validates the salt-marsh proxy approach and justifies its application to older sediments” zoals de auteurs beweren.

Bron: WUWT

Opvallend is dat de gemiddelde zeespiegelstijging van Wilmington 2 mm/jaar is, terwijl die van Hampton Roads 4,5 mm/jaar is. Beide meetpunten liggen nog geen 300 km van elkaar. Overigens een prachtig bewijs dat Mörner gelijk heeft. Maar de grafiek laat tevens zien dat beide getijdedatareeksen zo ver uiteen lopen dat van een ‘valitation’ van de gebruikte aanpak geen sprake kan zijn. Zeker als men in daarbij de verschillen tussen de gekozen meetpunten Tump Point en Sand Point betrekt: de zeespiegelstijging van het eerste is bijna 50% groter dan van de laatste.

Eschenbach vat dit zo samen: ” We don’t have good observations to compare with their results, so virtually any reconstruction could be claimed to be “validated” by the nearby tidal gauges. In addition, since the Tump Point sea level rise is nearly 50% larger than the Sand Point rise, how can the two be described as “near identical” ?” . Overigens vertoont de recente satellietmeting van TOPEX een gemiddelde stijging vanaf 1992 van 0,5 mm/jaar.

Het tweede probleem betreft de gebruikte temperatuurreconstructie. Die stamt uit een publicatie uit 2008 van Michael Mann, een van de auteurs. En die reconstructie heeft behoorlijk wat kritiek gekregen sinds de publicatie. Een van de zwaarste punten van kritiek is dat Mann de proxies van Tiljander gespiegeld heeft gebruikt. Zie onder andere hier en hier. Amac gaf in 2009 al een uitgebreid overzicht over de discussies over de kwestie.

Een voorzichtige conclusie is dat de manier waarop Mann de 3 Tiljander datareeksen heeft gebruikt zeer omstreden is. Waarom de auteursploeg dan toch deze reconstructie heeft gebruikt in deze studie is de grote vraag. Dat is het zeker omdat een van de auteurs, Martin Vermeer, in een verhit debat op een klimaatblog een opmerkelijke uitspraak doet. Op een opmerking van Steve Mosher dat, indien het (volgens Vermeer) voor de resultaten niet uitmaakt of je de proxiedata van Tiljander al of niet omgekeerd gebruikt, het dan beter zou zijn om de grafiek met de juiste oriëntatie toe te passen, antwoordt Vermeer: “I would agree with you when starting from scratch. But for an existing paper you have to be reponsive to issues brought up by showing how they affect the reported results. If they completely undermine them, you have to retract; short of that, completely rewriting the paper is not usually an option. BTW I would have left out these questionable proxies. But it's a judgment call, and Mann made this choice.”

Waarom Vermeer bij de publicatie van het recente artikel over de zeespiegel er niet op aangedrongen heeft de omstreden proxies niet te gebruiken, is onbekend. Misschien heeft hij dat wel gedaan, maar is Mann’s invloed van doorslaggevende invloed geweest. Van dat laatste is onderstaande figuur uit het bekende Wegman Report illustratief. De machtige positie van Michael Mann in het wereldje van de paleoklimatologen is in een klap duidelijk:

Bron: Wegman Report
 

Bron: WUWT

Naar aanleiding van het feit dat Greenpeace een deel van het nieuwe rapport van het IPCC heeft geschreven (zie de vorige bijdrage) zijn er vragen gesteld aan voorzitter Pachauri van het IPCC. Het IPCC heeft namelijk naar aanleiding van de grote commotie rond haar vorige (vierde) rapport besloten om de samenstelling van haar auteurscommissies transparant en wetenschappelijk verantwoord te maken. Dat zou moeten gaan via de zogenaamde conflict of interest recommendation van het IAC.

Naar aanleiding van de kwestie rond de lead author van het onlangs verschenen rapport van het IPCC waarbij een directielid van Greenpeace lead author is, zijn Pachauri door een journalist van The Economist vragen gesteld over die nieuwe procedures. De voorzitter van het IPCC meent echter dat die nieuwe transparante aanpak nog niet kan gelden voor de huidige teams die zich bezighouden met de voorbereidingen voor het komende 5e rapport van het IPCC. Dat wil dus zeggen dat de directeur van Greenpeace gewoon mag blijven zitten.

Hier een stukje uit dat vraaggesprek:

B: Are you happy with the IPCC’s new conflict-of-interest policy? [adopted at the panel’s recent plenary]
RP: Absolutely. I must say that was a very heartening piece of work. People put in a lot of effort to come up with what I think is a very robust policy in terms of conflict of interest.
B: At what point should it start to apply?
RP: It’s applicable right away. Of course if you look at conflict of interest with respect to authors who are there in the 5th Assessment Report we’ve already selected them and therefore it wouldn’t be fair to impose anything that sort of applies retrospectively.

Greenpeace schrijft voor IPCC

Na het broodje-haringverhaal van Greenpeace van enkele dagen geleden is de organisatie alweer in het nieuws, en wederom op negatieve wijze.

Bron: WUWT

Op 14 juni j.l. zag een nieuw rapport van het IPCC het daglicht over duurzame energie in de toekomst. Het rapport is geschreven door Werkgroep 3 die zich bezighoudt met mitigatiebeleid. Steve McIntyre , luis op de olifantenhuid van het IPCC, werd nieuwsgierig naar de bron van het volgende statement in het rapport: “Close to 80 percent of the world‘s energy supply could be met by renewables by mid-century if backed by the right enabling public policies a new report shows.”.

Bron: rapport IPCC

Een nogal boude voorspelling, waarvan McIntyre de berekening wilde achterhalen. Die ‘bijna 80%’ is terug te vinden in tabel 10.3 van hoofdstuk 10 van het IPCC-rapport, dat spreekt van 77% duurzame energie in 2050. Bron van dit cijfer is een publicatie van Teske et al uit 2010. Sven Teske is tevens lead author van dit rapport van het IPCC.

Wat is nu het interessante aan dit hele verhaal? Als je zoekt naar de publicatie van Teske kom je vanzelf op een publicatie met dezelfde naam, maar dan uitgegeven door Greenpeace. Even verder zoeken en dan blijkt de leading author van het IPCC, Sven Teske, ook directeur van Renewable Energy Campaign for Greenpeace International. Het betreffende rapport is door Greenpeace uitgegegeven samen met het EREC, het European Renewable Energy Council. Dat is een club van bedrijven die belangen hebben in installatie en exploitatie van duurzame energie. Het Greenpeacewerk heet: “energy [r]evolution, a sustainable global energy outlook”. Voorwoord is geschreven door R.K. Pachauri, die we ook kennen als voorzitter van het IPCC.

Bron: Grist.org

Cyclus 24 is enkele jaren te laat op gang gekomen. Zoals op bovenstaande illustratie te zien is is hij veel zwakker dan de voorafgaande cyclus 23. Cyclus 24 zal naar verwachting zijn maximum hebben in 2013, en cyclus 25 in 2024. Maar alle tekenen wijzen erop dat cyclus 25 of zeer zwak wordt dan wel weg blijft.

Een van die aanwijzingen is het wegblijven van de zogenaamde jet streams. Dat zijn stromingen op een diepte van 7000 km onder het zonne-oppervlak, waarboven de zonnevlekken zich manifesteren. Die jet streams onstaan altijd op hoge breedte (ongeveer 50° NB en ZB) en zakken dan langzaam af naar de zonne-equator. Het ontstaan van dergelijke jet streams vindt al plaats ruim voordat de voorgaande cyclus is uitgedoofd.

Bron: Sky & Telescope

Wetenschappers die zich bezighouden met helioseismologie, zoals Frank Hill en Jay Pasachoff, nemen waar dat het ontstaan van de jet streams voor cyclus 25 uitblijft. De cyclus is al enkele jaren over tijd, om preciezer te zijn. Op onderstaande afbeelding is dat te zien. De jet streams zijn de rood-gele strepen op de figuur. Aan de linkerzijde ziet men de jet streams van cyclus 23, die omstreeks 2002 de zonne-evenaar bereiken. Verder is te zien dat de jet streams van de huidige cyclus 24 al in 1997 verschijnen op 50° NB en ZB, en dat ze de evenaar zullen bereiken in 2013. Het ontstaan van de volgende jet streams van cyclus 25 zou normaal gesproken al in 2009 hebben moeten plaats vinden, maar er is tot nu toe nog helemaal niets te zien.

Een tweede aanwijzing dat er iets bijzonders aan de hand is, is dat de sterkte van het magnetisch veld in het donkere hart van zonnevlekken alsmaar zwakker wordt. Zodra die sterkte beneden de 1500 Gauss daalt zullen er geen zonnevlekken meer ontstaan.

Bron: National Solar Observatory

De parallel met het ontstaan van het Maunder Minimum rond 1620 ligt voor de hand. Ook toen was er sprake van een afzwakkende zonnecyclcus, die er voor zorgde dat zonnevlekken ongeveer 100 jaar weg bleven. Het gevolg was een afkoeling van de temperaturen op aarde, die bekend staat als de Kleine IJstijd.

Modelleren in de klimatologie

Op 12-5—2011 besteedde ik hier aandacht aan de laatste bijdrage van Noor van Andel, getiteld “Analyse van een fysicus: waar gaan de klimaatmodellen de mist in? ”. Daarin legde hij uit waar de klimaatmodellering zwakten vertoont. Van Andel was in zijn laatste bijdrage duidelijk: het is bijzonder lastig, zo niet onmogelijk om een chaotisch systeem als het klimaat in een model te vangen.

Dat was overigens niet alleen de particuliere mening van van Andel: ook steeds meer wetenschappers die tot voor kort het IPCC en de door deze organisatie gehanteerde modellen als de Heilige Graal beschouwden keren op hun schreden terug en moeten erkennen dat modelleren nog in de kinderschoenen staat.

Een mooi voorbeeld van een wetenschapper die er wat dit betreft al vroeg bij was, is Henk Tennekes, voormalig wetenschappelijk directeur van het KNMI. Men fluistert dat zijn ‘afwijkende’ stellingname mede oorzaak geweest is van zijn vervroegd afzwaaien. In een recente bijdrage van Tennekes over klimaatmodellering, “A Skeptical View of Climate Models”, schrijft hij: “…… those that advocate the idea that the response of the real climate to radiative forcing is adequately represented in climate models have an obligation to prove that they have not overlooked a single nonlinear, possibly chaotic feedback mechanism that Nature itself employs. Popper would have been sympathetic. He repeatedly warns about the dangers of "infinite regress." As a staunch defender of the Lorenz paradigm, I add that the task of finding all nonlinear feedback mechanisms in the microstructure of the radiation balance probably is at least as daunting as the task of finding the proverbial needle in the haystack. The blind adherence to the harebrained idea that climate models can generate "realistic" simulations of climate is the principal reason why I remain a climate skeptic. From my background in turbulence I look forward with grim anticipation to the day that climate models will run with a horizontal resolution of less than a kilometer. The horrible predictability problems of turbulent flows then will descend on climate science with a vengeance.”

Reeds eerder schreef ik over de veranderingen in inzicht die onlangs zich openbaarden bij de leden van The Royal Society in Groot Brittannië. Zie “De Feiten” en dan “Klimaatveranderingen”. Ook dit eerbiedwaardige gezelschap van wetenschappers heeft zijn inzichten op het gebied van klimaatverandering bijgesteld. Over modelleren in de klimatologie schrijft de Society:

“As noted above, projections of climate change are sensitive to the details of the representation of clouds in models. Particles originating from both human activities and natural sources have the potential to strongly influence the properties of clouds, with consequences for estimates of climate forcing. Current scientific understanding of this effect is poor….Additional mechanisms that influence climate sensitivity have been identified, including the response of the carbon cycle to climate change, for example the loss of organic carbon currently stored in soils. The net effect of changes in the carbon cycle in all current models is to increase warming, by an amount that varies considerably from model to model because of uncertainties in how to represent the relevant processes. The future strength of the uptake of CO2 by the land and is very poorly understood, particularly because of gaps in our understanding of the response of biological processes to changes in both CO2 concentrations and climate.”

“The ability of the current generation of models to simulate some aspects of regional climate change is limited, judging from the spread of results from different models; there is little confidence in specific projections of future regional climate change, except at continental scales… The underlying uncertainties in climate science and the inability to predict precisely the size of future natural climate forcing mechanisms mean that projections must be made which take into account the range of uncertainties across these different areas.”

Interessant is om te weten hoe deze kwestie in de gemeenschap van klimatologen ligt. Zoals bekend houden de Duitse wetenschappers Bray en von Storch elke paar jaar een inventarisatie onder vakbroeders om na te gaan hoe de meningen in klimatologenland zijn verdeeld. Over de eerste 2 surveys heb ik al eens geschreven: zie “De Dogma’s” en dan “Er is consensus”. In 2010 hebben Bray en von Storch het kunstje nogmaals herhaald in de publicatie “A Survey of the Perspectives of Climate Scientists Concerning Climate Science and Climate Change”. De onderzoekers hebben 2059 wetenschappers aangeschreven die zich beroepsmatig bezighouden met het klimaat. Hoe die selectie tot stand kwam is in de publicatie te lezen. In totaal hebben 373 wetenschappers meegedaan aan het onderzoek, ruim 18% van de aangeschrevenen. Hieronder vindt u de resultaten van het onderzoek over het item modelleren in de klimatologie.

Hoe goed kunnen klimaatmodellen omgaan met hydrodynamica:

Hoe goed kunnen klimaatmodellen omgaan met straling:

Hoe goed kunnen klimaatmodellen omgaan met waterdamp:

Hoe goed kunnen klimaatmodellen omgaan met invloed van wolken:

Hoe goed kunnen klimaatmodellen omgaan met neerslag:

Hoe goed kunnen klimaatmodellen omgaan met atmosferische convectie:

En over oceaanmodellen:

Hoe goed kunnen oceaanmodellen omgaan met hydrodynamica:

Hoe goed kunnen oceaanmodellen omgaan met warmtetransport in oceanen:

Hoe goed kunnen oceaanmodellen omgaan met oceanische convectie:

Tot zover is het duidelijk: de meningen over de betrouwbaarheid van klimaatmodellen zijn over het algemeen netjes Gaussiaans verdeeld. Op merkelijk is dan de volgende grafiek, die specifiek over de betrouwbaarheid van voorspelling gaat m.b.t. broeikasgassen.

De huidige staat van de wetenschap is voldoende hoog om betrouwbare voorspellingen te doen over broeikasgassen uit antropogene bronnen:

Opmerkelijk, omdat de grote onzekerheden die in de voorafgaande items getoond werden, allemaal op een of andere manier ‘verknoopt’ zijn met de invloed van broeikasgassen op het klimaat. Immers, als men weinig vertrouwen heeft in de kennis over de effecten van waterdamp, wolken of neerslag, hoe kan men dan wel vertrouwen hebben in de kennis over de invloed van broeikasgassen? Men kan dan toch immers met weinig zekerheid spreken over de mogelijke feedbacks van genoemde items?

Bij deze vraag lijken méér mensen overtuigd van de betrouwbaarheid over het broeikaseffect dan over de andere items. Alleen bij de vraag over straling wordt eenzelfde uitslag getoond. Hoe is dit te verklaren? Is de vraag naar de effecten van broeikasgassen te direct, te sterk gekoppeld aan het vaak felle debat dat over deze kwestie gevoerd wordt? Gelukkig wordt de zaak weer rechtgetrokken door de laatste vraag:

De huidige staat van de wetenschap is voldoende hoog om betrouwbare voorspellingen te doen over de temperatuur voor de komende 50 jaar:

Atlanto-scandische haring wordt in de Noorse zee gevangen. Na de instorting van de visstand in de jaren zeventig en tachtig van de vorige eeuw heeft dit haringbestand zich sterk hersteld dankzij een aantal sterke broedjaren en een lage visserijdruk. In 2010 wordt de paaistand op een niveau geschat van ongeveer 9 miljoen ton. Daarmee is de Atlanto-scandische haring het grootste haringbestand ter wereld. Wegens het uitblijven van nieuwe sterke broedjaren is er een lichte daling van het bestand waarneembaar in 2010. Voor het beheer ervan is een internationaal beheerplan van toepassing. De toegestane vangst in 2011 volgens dat beheerplan is 1 miljoen ton. Onder het MSY principe wordt er een TAC geadviseerd van maximaal 1.2 miljoen ton. De TAC in 2010 is 1.5 miljoen ton.


en Wageningen Universiteit samen met IMARES:

Noordzeeharing
Na een herstel in het begin van deze eeuw daalde de haringstand na 2004. Dit is het gevolg van de geringe aanwas van jonge haring. Jaarlijks worden weliswaar voldoende haringlarven geboren, maar slechts een gering aantal overleeft. Dit heeft waarschijnlijk te maken met veranderingen in het zeemilieu en de gevolgen daarvan voor het voedsel van haring: dierlijk plankton. De stand van de volwassen haring is door voorzichtig beheer gestabiliseerd rond de 1 miljoen ton. Dat wil zeggen: boven het limietniveau maar onder het voorzorgniveau. Op basis van het beheerplan van de Europese Unie en Noorwegen adviseert ICES voor 2010 een toegestane vangsthoeveelheid voor de visserij op consumptie haring van 164.300 ton. Dat is 4 % lager dan de TAC in 2009, welke 171.000 ton bedraagt.
 

De Hollandse Nieuwe komt hoofdzakelijk uit de Noorse zee. Wil Greenpeace geloofwaardig blijven, dan moet ze dit soort acties niet doen. Overigens is de methode beproefd: angst zaaien bij slecht geïnformeerde burgers, en dan (geld) oogsten. Klimaatalarmisten hebben daar ook een handje van.
 

Roy Spencer is specialist op het gebied van temperatuurmetingen met behulp van satellieten. Dat gebeurt al sinds jaren met AMSU. AMSU is de afkorting van Advanced Microwave Sounding Unit. Het is de opvolger van MSU die als eerste sinds 1979 aan boord van de satelliet TIROS-N de temperatuur van de troposfeer meet. Een van de voordelen van AMSU vergeleken met het oudere MSU is dat AMSU een veel hogere resolutie heeft dan MSU. Zie onderstaande afbeelding.

Bron: http://amsu.cira.colostate.edu/

Sinds eind jaren ‘70 is er een aantal andere satellieten in een baan gebracht , met steeds geavanceerdere meetapparatuur. Het afgelopen decennium is veel gebruik gemaakt van de data van NOAA-15 die in mei 1998 gelanceerd werd. Satellieten hebben echter de neiging om na verloop van tijd afwijkingen te krijgen in hun baan om de aarde (drift) , waardoor data minder goed bruikbaar zijn. Dat is al sinds enige tijd het geval voor de data van NOAA-15. Vandaar dan ook dat de laatste tijd gewaarschuwd werd om bepaalde datareeksen van deze satelliet met voorzichtigheid te benaderen. Alleen channel 5 was volgens Roy Spencer nog betrouwbaar. Channel 5 geeft data over de temperatuur in de midden troposfeer, in nevenstaande figuur aangeduid met TMT. Spencer is expert op het gebied van microwave scanning. Vanwege zijn grote expertise op dit gebied is hij dan ook door NASA aangesteld als hoofd van het wetenschappelijke team dat de Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR-E) beheert van NASA’s Aqua satelliet, die in mei 2002 gelanceerd werd. Deze satalliet gaat binnenkort de taak van NOAA-15 overnemen.

Bron: http://www.ssmi.com/

Bron: earthobservatory.nasa.gov

De data van de Aqua satelliet zijn (nog) niet beschikbaar, maar Spencer heeft op zijn site al een voorproefje gegeven van wat ons te wachten staat. Daartoe bekeek hij de data van 3 kanalen , 3, 5 en 7, die respectievelijk de lagere, midden en hogere troposfeer beslaan. Op onderstaande grafiek zijn de resultaten weergegeven. Het betreft de gegevens van de gematigde zone op het noordelijk halfrond, tussen 30° en 60° NB.

Bron: Spencer

Spencer komt tot de conclusie dat er geen lineaire trends te zien zijn in de signalen. Dat komt overeen met de meetgegevens van de temperatuur aan het aardoppervlak, die al ruim een decennium geen opwarming meer vertonen. Het signaal van de midden troposfeer toont een lichte stijging in het begin van de meetperiode, en een lichte daling in het laatste deel.

Het signaal van kaneel 3, de lagere troposfeer, is onbetrouwbaar, omdat het niet alleen reageert op de temepratuur in dit deel van de troposfeer, maar ook op lagere bewolking boven de oceanen en op sneeuwbedekking. Met name dit laatste is van invloed op het groene signaal in de grafiek, gelet op de verdeling land-zee in deze zone.

Interessant is ook wat er op de hogere breedten van het NH is gebeurd de afgelopen 9 jaar. Dat is te zien in bovenstaande grafiek. Kanaal 7 doet niet meer mee, omdat op deze breedte ( 60° tot 85° NB) dit kanaal deels de stratosfeer meet, die zoals bekend boven de polen veel lager ligt dan op lagere breedten. De grafiek is vooral interessant omdat dit gebied vaak aangehaald wordt als de regio waar de ‘antropogene opwarming’ het snelst is verlopen.

In de grafiek is te zien dat de temperatuur in de midden troposfeer boven de Arctische regio geen enkele opwarming vertoont. Het signaal van de onderste troposfeer laat echter opwarming zien. Spencer wijst er op dat dit signaal ‘vervuild’ wordt door de aanwezigheid van zeeijs, dat een opwarmend effect heeft op het gemeten signaal. Sneeuwbedekking heeft echter een afkoelend effect op het gemeten signaal. Een en ander maakt de interpretatie van het signaal van kanaal 3 dus uiterst complex.

Conclusie van Spencer: er zijn geen tekenen van opwarming sinds 2002 in de regio die de afgelopen 40 jaar de sterkste opwarming heeft laten zien. Voor de mensen die niet geloven dat zeeijs een opwarmend effect heeft op het signaal van kanaal 3, kijk maar eens naar de meting van 6 juni j.l. in onderstaande figuur. Let op de Arctische regio, en het zeeijs rond Antarctica.

Bron: NOAA

Meetapparatuur op DB260, links de schotelhut voor temperatuurmetingen. Bron KNMI

Dat het niet meevalt om de luchttemperatuur te meten komen we te weten uit het rapport van Theo Brandsma dat het KNMI onlangs liet verschijnen.

In de vorige bijdrage van 31-5-2011 schetste ik de problemen die ontstonden bij de verplaatsing van het meetpunt De Bilt in 1950, waarbij een plotselinge daling van de temperatuur plaatsvond van meer dan 1 °C. Dergelijke inhomogeniteiten die ontstaan door bijvoorbeeld verplaatsingen of verlagingen van meetpunten dienen gecorrigeerd te worden. Dat doet men vaak door de meetreeks van het betreffende station te vergelijken met die van nabijgelegen stations. Vaak ook zorgt men bij een verplaatsing voor een overlappingsperiode van de oude en de nieuwe meetplaats, zodat de oude meetplaats de nieuwe calibreert. Men zou er dan van uit moeten gaan dat de ‘oude’ meetreeks correct is.

Zoals reeds beschreven is de meetreeks van De Bilt van extra groot belang omdat het een van de oudste ter wereld is. Bovendien wordt zij ook gebruikt door grote organisaties zoals GISS/NASA, die zich bezig houden met de berekening van de globale temperatuur. Het is dus zaak om dergelijke inhomogeniteiten op de juiste wijze te corrigeren, te homogeniseren. Dat dat op een correcte wijze (KNMI) en op een foute wijze (GISS) kan, heb ik in die vorige bijdrage al beschreven.

Het meetpunt DB260 was gelegen op het grote meetveld van het KNMI en is operationeel geweest van 27 augustus 1951 tot 25 september 2008. Zie de foto hierboven. In 2008 is het meetpunt verplaatst naar een nieuwe locatie, die op de foto is aangeduid als Test4.

Er was een aantal redenen voor het onderzoek. In de eerste plaats waren de bomen in de bomenrij ten ZZW van DB260 in de loop van de jaren flink gegroeid: er waren exemplaren bij van 30m hoog. Gezien de relatief kleine afstand tussen meetpunt en de bomenrij was te verwachten dat er sprake zou kunnen zijn van enige beïnvloeding. Bovendien lag het graslandperceel tussen DB260 en het bosperceel ten W van het meetpunt vanaf 1999 braak en was gaandeweg veranderend in een ruderaal terrein met opgaande bosjes tot wel 3m hoog.

Het KNMI heeft daarom vanaf mei 2003 een drietal parallel meetpunten geïnstalleerd, genaamd Test1, Test2, Test3 en Test4. Test 1 ligt vlak bij de hoofdgebouwen van het KNMI, Test 2, 3 en 4 op het meetveld, en Test4 ten O van het volkstuinencomplex. Gedurende de testperiode is het ruderaal terrein aan de westzijde veranderd is in een soort van landschapspark inclusief een grote en kleine vijver. Op de foto hierboven zijn deze duidelijk waar te nemen. Reden voor het KNMI om de testfase te verlengen tot juni 2005 om ook deze omgevingsveranderingen mee te kunnen nemen in de metingen.

Mogelijke oorzaken van meetverschillen tussen de diverse meetpunten kunnen zijn: advectie (aanvoer van warmte van omgeving), verschillen in stabiliteit van de onderste luchtlagen, verschillen tussen de schotelhutten als gevolg van straling, schaduw, straling door omgeving, verschillen in bodemtype/GWS/albedo, en instrumentfouten.

Zoals te verwachten waren de verschillen het grootst tussen test1 en de andere locaties, vanwege de nabijheid van gebouwen en hoge bomen bij Test1. Op bovenstaande figuur is dat te zien voor wat betreft het percentage schaduw. Duidelijk is dat Test4 het minst last heeft van nabijgelegen obstakels. De gemiddeld maandelijkse minimum temperatuur was op Test1 1,2 °C hoger dan bij Test4. Test4 was het referentiemeetpunt gedurende het onderzoek.

Een van de belangrijkste conclusies van het onderzoek is dat ‘sheltering’, beschutting door gebouwen, bomen en struiken een relatief grote invloed heeft op de meetresultaten, en dat niet alleen voor wat betreft de schaduwwerking zoals hierboven beschreven. Beschutting veroorzaakt ook het ontstaan van een stabiele grenslaag gedurende de nacht, vermindert de uitgaande langgolvige straling en vermeerdert de stralingsfouten van de schotelhutten als gevolg van een afname van de natuurlijke ventilatie.

Een ander opmerkelijke zaak is dat de landschappelijke veranderingen op het ruderaal terrein invloed hadden op de dagelijkse gang van de temperatuur. Dat betekende dat bij homogenisatie het niet voldoende zou zijn om alleen de dagelijkse gemiddelde temperatuur te homogeniseren.

Het onderzoek toonde dat de verschillen tussen de meetpunten sterk afhankelijk waren van windsnelheid (afhankelijk van mate van beschutting) en bewolkingsgraad. In het algemeen namen de temperatuurverschillen toe met afnemende windsnelheid en afnemende bewolkingsgraad. De nachtelijke grenslaag verhinderde homogenisatie vanwege het feit dat daardoor de correlatie tussen de windsnelheid aan de grond en die op 10m hoogte gering was. Bovendien is het ontstaan en het verdwijnen van een dergelijke grenslaag een niet-lineair proces en derhalve moeilijk te vangen in een model.
Dat het KNMI uiteindelijk heeft besloten het meetpunt De Bilt te verplaatsen naar de locatie van Test4 is , gelet op het bovenstaande, begrijpelijk. Minder begrijpelijk is dat het KNMI aan deze verplaatsing geen ruchtbaarheid gaf. Natuurlijk een onvergeeflijke fout, zeker in de richting van de zakelijke klanten van het KNMI, zoals MeteoConsult in Wageningen. Daar had men in 2009 in de gaten dat het meetstation De Bilt, dat al jaren erg hoge temperaturen gaf in vergelijking met omliggende meetstations, plotseling in de pas liep.

Men nam de proef op de som en vergeleek de meetgegevens van De Bilt met die van Cabauw ten ZW van Utrecht. De gemiddelde maximumtemperatuur in de zomer van 2009 bleek in De Bilt slechts 0,02 °C hoger te liggen dan die van Cabauw, terwijl dat verschil in de zomer van 2008 nog 0,53 °C was in het voordeel van De Bilt. Kortom: de verplaatsing van DB260 naar de Test4 locatie was een juiste beslissing geweest, er niets over zeggen een onjuiste beslissing.

31-5-2011

De Bilt revisited deel 1

Het KNMI heeft onlangs een rapport van de hand van Theo Brandsma uitgegeven, dat een beschrijving geeft van een locatieonderzoek van een aantal meetpunten in De Bilt tussen 2003 en 2005. Dat onderzoek leverde interessante informatie op. Over dit rapport de volgende keer meer. Om een en ander in perspectief te plaatsen gaan we even terug naar een onderwerp dat vorig jaar al eens aan de orde was: de temperatuurreeks van De Bilt, de gevolgen van verplaatsing van meetpunten en de gebruikte homogenisatietechnieken.

Ruimtelijke verplaatsing van een meetpunt in een meteorologisch meetnet kan vervelende gevolgen hebben. Bijna altijd ‘gebeurt’ er wat met het signaal dat gemeten wordt: er ontstaat een sprongetje in de tijdreeks.

Bron: GISS/KNMI

Verplaatsing van meetpunt 260 van rode naar groene pijl in 1950

De meest opmerkelijke in ons land was de verplaatsing van het meetpunt in De Bilt in 1950. Hierboven ziet u de verplaatsing van de Stevensonhut van een plek vlakbij het hoofdgebouw van het KNMI naar een open grasveld zo’n 300m verderop. De temperatuurreeks ( boven de foto ) daalde met ongeveer 1°C. Als men bedenkt dat de globale temperatuurverhoging in de 20e eeuw 0,6 °C is geweest (bron: HadCRUT, KNMI), dan is duidelijk dat de betrouwbaarheid van meetgegevens cruciaal is.

In 1961 is de Stevensonhut (zoals alle meetpunten in ons land ) verlaagd van 2m. naar 1.50 m. Dat had in De Bilt een lichte verhoging van de temperatuur tot gevolg. De vervanging van de Stevensonhut in 1993 door een schotelhut had nauwelijks invloed.

Inhomogeniteiten die ontstaan door bijvoorbeeld verplaatsingen of verlagingen van meetpunten dienen gecorrigeerd te worden. Dat doet men vaak door de meetreeks van het betreffende station te vergelijken met die van nabijgelegen stations. Vaak ook zorgt men bij een verplaatsing voor een overlappingsperiode van de oude en de nieuwe meetplaats, zodat de oude meetplaats de nieuwe calibreert. Men zou er dan van uit moeten gaan dat de ‘oude’ meetreeks correct is.

Inhomogeniteiten in de meetreeks van De Bilt zijn van extra groot belang. Niet alleen is de meetreeks van De Bilt een van de oudste ter wereld, maar zij wordt ook gebruikt door grote organisaties zoals GISS/NASA, die zich bezig houden met de berekening van de globale temperatuur. Het is dus zaak om dergelijke inhomogeniteiten op de juiste wijze te corrigeren, te homogeniseren.

 

Bron: Hans Erren

Van Engelen en Nellestijn doen dat met de De Biltreeks in hun voortzetting van de bekende Labrijnreeks. Zij hanteren een zogenaamde staphomogenisatie: gaat de temperatuur in 1950 door verplaatsing van het meetpunt (ongeveer) 1 °C omlaag, dan corrigeren zij vanaf het moment van verplaatsing de reeks in één keer. Op de grafiek hierboven is dat goed te zien.

GISS pakt die homogenisatie heel anders aan. Zij maken gebruik van hellingcorrectie. Dat houdt in dat –in het voorbeeld van de sprong van 1 °C in 1950 – niet in één keer de fout wordt gecorrigeerd, maar in een heleboel kleine stapjes voor en na 1950. Weliswaar publiceert onderzoeker Hansen van GISS de algemene homogenisatietechnieken die gehanteerd worden, maar op welke wijze dat voor ieder individueel meetpunt is gebeurd blijft duister. Daar kan men alleen achter komen als men de gehomogeniseerde reeks van GISS aftrekt van de ruwe meetdata. Voor de gehomogeniseerde data van De Bilt van januari 2010 ziet het verschil er dan als volgt uit:

Bron: Jan Peirs

Wat voor gevolgen deze hellingcorrectie heeft op de temperatuurreeks van De Bilt volgens GISS is te zien op de volgende animatie:

Het beeld is duidelijk: door de sprong van 1950 op deze wijze te corrigeren krijgt de reeks een veel steiler verloop (het wordt alsmaar warmer!). Bovendien klopt de reeks nu eigenlijk vrijwel nergens meer: een eenmalige fout wordt over erg veel jaren uitgesmeerd. Wat dat voor gevolgen heeft is in onderstaande grafiek te zien. Hier is de gehomogeniseerde reeks van GISS (januari 2010) vergeleken met de gehomogeniseerde reeks van van Engelen en Nellestijn. 0= geen verschil.

Bron: Jan Peirs

Nog veel bonter maakt GISS het als in oktober 2010 wederom een bijstelling van de homogenisatie plaats heeft gevonden. Geen woord hierover te vinden op hun site over het hoe en waarom. Vragen van mijn kant hierover bleven onbeantwoord. Hieronder de animatie met 3 reeksen: de ruwe data, de gehomogeniseerd GISS-reeks van januari 2010 en die van oktober 2010.

Vergelijken we de GISS data van januari 2010 met die van oktober 2010 dan is hieruit de correctie te halen die in oktober 2010 op de reeds gehomogeniseerde reeks is toegepast:

 

Bij deze homogenisatie ligt het kantelpunt ergens begin jaren ’30 van de vorige eeuw. De Bilt geeft voor deze periode geen bijzonderheden voor het meetpunt De Bilt, dus het is uitgesloten dat GISS deze correctie toepast vanwege een nog niet meegenomen correctie op dat punt. Waarom dan wel blijft volkomen duister. Wel gaat door deze wijziging de temperatuurreeks na 1950 wat steiler omhoog.

Als men kijkt naar homogenisatie ter compensatie van het UHI-effect dan is de methode van het KNMI veel nauwkeuriger dan die GISS toepast. Het KNMI maakt gebruik van meetgegevens in het eigen fijnmazige netwerk, voor De Bilt aangevuld met modelleren voor de situatie in De Bilt. GISS heeft tot voor kort gebruik gemaakt van de methode om temperatuurreeksen van een urbaan meetpunt te vergelijken met dichtbijgelegen rurale meetpunten. In het grofmazige netwerk dat GISS hanteert in het dichtbevolkte West Europa betekende dit dat de gegevens van De Bilt werden vergeleken met het dichtstbijgelegen rurale station, gelegen in Zuid Duitsland. Sinds kort gebruikt men een fraaiere manier, namelijk het schatten van de urbanisatiegraad aan de hand van satellietgegevens over lichtuitstraling ’s nachts. Wellicht wat beter dan de oude methode , maar veel minder nauwkeurig dan die van het KNMI.

Bron: Hansen et al 2010

27-5-2011

De zon heeft het alweer gedaan

Qian en Lu, twee Chinese klimaatonderzoekers, hebben onlangs gepubliceerd over de periodieke oscillaties die in het aards temperatuurverloop van de afgelopen 1000 jaar waarneembaar zijn.

 

Daarvoor combineren ze de gereconstrueerde temperatuurreeks van Mann uit 2008 met de meetgegevens van HadCRUT3 (bovenste grafiek). Duidelijk zijn het Middeleeuws Optimum , de Kleine IJstijd en de recente opwarming te herkennen. Na verwijdering van deze langdurige trend blijft het ‘kale’ signaal over ( tweede grafiek). Na analyse van het overgebleven signaal is een viertal oscillaties te herkennen met een periodiciteit van 21,1 , 62,5 , 116 en 194,9 jaar (onderstaande grafiek).

Combineert je bovenstaande 4 oscillaties tot 1 temperatuursignaal (onderbroken lijn) en leg je die dan op het (trend removed ) originele signaal, dan is een opvallende correlatie te zien met een correlatiecoëfficiënt van 0,5 !

De onderzoekers gingen vervolgens op zoek naar mogelijke verklaringen voor bovenstaande oscillaties en vonden een tweetal verklarende mechanismen. De eerste is de zon. Daarvoor bekeken Qian en Lu de afgelopen 400 jaar. De reconstructie van zonneactiviteit werd gedaan op basis van 10Be meetgegevens. Analyse van die gegevens levereden een tweetal oscillaties in het signaal van de zon, met een periodiciteit van 118 en 175 jaar. Zet je de resultante van beide sinusoscillaties af tegen het gemeten signaal van zonneactiviteit dan ontstaat het volgende beeld:

CO2 laat planten groeien!

Wat iedereen met enig verstand eigenlijk wel weet is dat CO2 goed is voor plantengroei. In de regio waarin ik woon zijn veel glastuinders die al sinds jaar en dag extra CO2 in de kas brengen om de groei van de planten en vruchten te bevorderen. Dat kan oplopen tot zo'n 1500 ppm (390 ppm is het huidige atmosferische CO2-gehalte). Dat betekent dat naast alle rampspoed die volgens het IPCC en andere instanties over ons heen zal komen door stijgende CO2-gehaltes er ook een machtig voordeel is: plantengroei wordt bevorderd. Dat levert niet alleen meer CO2-afvang op door groeiende planten, maar vooral ook een grotere landbouwproductie. Dus meer voedsel en biobrandstoffen. Meer voedsel is goed voor de nog steeds uitdijende wereldbevolking, meer biobrandstoffen is goed voor de mentale rust van die wereldbewoners die geloven dat CO2 alleen maar slecht is.

De blogger van de site CO2science.org heeft op Youtube een aardig videootje geplaatst om een en ander nog eens aanschouwelijk te maken voor het volk. Hier is de link.

Deense studie toont invloed kosmische straling op wolkvorming aan

Maanden voordat het CERN zijn CLOUD-project zal starten is een aantal Deense wetenschappers er in geslaagd aan te tonen dat wat Svensmark al langer dacht, echt waar is: kosmische straling is van invloed op wolkvorming en daarmee op de temperatuur op aarde. Zie hiervoor het hoofdstuk “Nieuwe Inzichten”.

In 1997 lanceerden Svensmark en Eigil Friis-Christensen een theorie die kosmische straling verbond met veranderingen in de gemiddelde wereldtemperatuur. Volgens beide Denen zijn deze temperatuurfluctuaties het gevolg van variaties in de intensiteit van de zonnewind. Ze noemen deze theorie kosmoklimatologie. Dit idee was al eerder (1975) geopperd door Dickinson. Een kleinschalig laboratoriumexperiment werd al eerder in het Danish National Space Center gedaan. Svensmarks onderzoek ondergraaft de overheersende rol die de CO2-stijging speelt in het huidige klimaatdebat.

Een deel van de Deense deeltjesversneller ASTRID

De kosmische straling is afkomstig van geëxplodeerde sterren. Deze energierijke deeltjes komen met een snelheid die grenst aan die van het licht de heliosfeer binnen, het deel in de ruimte waar het magnetisch veld van de zon zijn invloed laat gelden. Hoe actiever de zon is, hoe sterker het magnetisch veld, hoe minder kosmische straling de aardatmosfeer bereikt. Die kosmische straling afkomstig van sterren heeft volgens Svensmark langs een flinke omweg invloed op de hoeveelheid wolken. Wolken reflecteren een deel van de zonnestraling richting ruimte. De zon bepaalt op zijn beurt hoeveel kosmische straling de aardatmosfeer binnenkomt.

De klimaatkamer

De Deense onderzoekers hebben gebruik gemaakt van ASTRID, de grootste deeltjesversneller van Denemarken van de Aarhus universiteit. In een klimaatkamer bootsten de onderzoekers de atmosferische omstandigheden na die heersen in de atmosfeer op hoogten waar wolkvorming plaatsvindt. Ze vonden dat het toevoegen van straling (gamma en elektronen) een toename in het ontstaan van ionen en aerosolen veroorzaakte. Deze aerosolen gedragen zich als condensatiekernen bij het ontstaan van wolken.

Invloed van gammastralen en energierijke elektronen op vorming van aerosolen

De kamer bevat lucht met nauwkeurig uitgebalanceerde hoeveelheden zwaveldioxide, ozon en waterdamp. Zonlicht is een noodzakelijk ingrediënt voor aerosolvorming in de natuurlijke omgeving en wordt hier nagebootst met een UV-lamp. Natuurlijke atmosferische processen zoals de vorming van zwavelzuur worden op deze wijze geïmiteerd, van belang voor de vorming van aërosolen. Als de elektronen uit de versneller het luchtmengsel bereiken vindt er een toename van aerosolen plaats, die als condensatiekernen fungeren voor de productie van waterdruppels (wolken).

In eerdere experimenten uitgevoerd door SKY DTU Space in Kopenhagen, werd kosmische straling gesimuleerd door gamma-straling. In 2006 is het verslag van het SKY experiment gepubliceerd in Proceedings of the Royal Society (“Experimental evidence for the role of ions in particle nucleation under atmospheric conditions, 2006, Proceedings of the Royal Society, London ”). Het experiment toonde aan dat gammastralen is staat zijn om aërosolen te vormen. In het nieuwe experiment met de energierijke elektronen van het ASTRID-versneller lijkt de gesimuleerde situatie veel beter op de kosmische stralen die in de natuur voorkomen.

Door deze recente studie hebben de onderzoekers aangetoond dat er een correlatie is tussen kosmische straling en wolkvorming. Alweer een nagel aan de doodskist van het klimaatalarmisme. De volgende stap zal zijn om met behulp van systematische metingen en modellering te bepalen hoe belangrijk kosmische straling is voor het klimaat. Met andere woorden: hoe groot is het aandeel ervan op klimaatverandering. Maar eerst wachten we op de uitslag van het CLOUD-project in Geneve.
 

16-5-2011

Warmte-inhoud van oceanen zegt iets over klimaatgevoeligheid.

Oceanen nemen ruim 70% van de totale opppervlakte van de aarde voor hun rekening. Oceanen zijn vanwege hun fysische eigenschappen in staat om veel grotere hoeveelheden energie te bufferen dan de continenten en de biosfeer. Zie hier in kort bestek de ingrediënten voor een toenemende belangstelling voor oceanen in de discussie over ‘global warming’.

Natuurlijk wisten we al veel langer dat oceanen een belangrijke factor vormen in het klimaatsysteem van de aarde, maar de overdreven belangstelling voor broeikasgassen in de energiebalans van de aarde heeft lange tijd de aandacht vooral gefocused op de temperatuur aan het aardoppervlak. Daarbij speelde en speelt de SST (sea surface temperature) een belangrijke rol. De laatste jaren is er een toenemende belangstelling voor de temperatuur in dieper water dan de SST. Met name de ontwikkeling van de ARGO-programma heeft hiertoe een flinke stimulans geleverd. Lees hierover in de “Nulhypothese Clark” in het hoofdstuk “Nieuwe Inzichten”.

De (meeste) oceanen bestaan thermisch bezien uit 4 lagen. Bovenin een laag van ongeveer 50m dik waarbij de temperatuur sterk gekoppeld is aan de temperatuur van de onderste luchtlagen als gevolg van warmteoverdracht en menging. Daaronder een ‘spronglaag’ of thermocline : van 50 meter tot 200 meter diep, ontbrekend in de poolzeeën. Het is een menglaag met o.a. door de seizoenen sterke verschillen in temperatuur. Daaronder de laag van 200m tot 2 km diep met een relatief stabiele overgang van hogere temperaturen naar de stabiele lage temperaturen van de diepzee. En tenslotte de diepzee (dieper dan 2 km) met constante temperaturen rond 0° C.

Roy Spencer van de UAH heeft onlangs een interessant onderzoek gedaan naar de zogenaamde ‘heat content’ van de bovenste 700m van de oceanen . In het Nederlands is ‘heat content’ de warmte-inhoud. Dat is de totale hoeveelheid warmte die opgeslagen is in een bepaalde hoeveelheid water ((standaard 1 kg) bij een bepaalde temperatuur. De warmte-inhoud van water is het aantal graden x de soortelijke warmte (4,19 kJ/kg.K). Eén kg water van 20° C heeft dus een warmte-inhoud van 20 x 4,19 = 83,8 kJ.

Bron: Levitus 2009

In bovenstaande figuur is de warmte-inhoud-anomalie vanaf 1955 t/m 2008 weergeven, zoals berekend door Levitus e.a. (2009). De stijging ziet er fors uit, maar het gaat dan ook om een enorme hoeveelheid zeewater. We zien een stijging tussen begin jaren ’70 tot 2003, waarna er een stabilisatie optreedt. Stijging en daling in de warmte-inhoud vinden plaats als er een onbalans is tussen inkomende en uitgaande straling. De data die door Levitus werden gebruikt komen uit een aantal bronnen. Daarbinnen zijn de berekeningen van de SST erg belangrijk. Levitus heeft om zekerheid te hebben over de betrouwbaarheid van de berekende warmte-inhoud van de bovenste 700m een vergelijking gemaakt tussen de 3 databronnen voor de SST. (Levitus 2008)

Bron: Levitus et al 2008

Daarbij valt op dat de datareeksen van NCDC, Hadley Centre en WOD05 uitstekend overeenkomen. Spencer heeft op basis van bovenstaande tijdreeks uit de eerste figuur van Levitus berekend hoeveel extra energie er per jaar het systeem in dan wel uit gegaan is. Een relatief simpele rekensom als je de verandering van de warmte-inhoud weet en de totale oppervlakte van de oceanen. Hij komt uit op een toename van de inkomende straling van 0,2 W/m^2 voor de totale periode 1955-2010. Dat komt goed overeen met de berekening die Levitus e.a. ook maakten in hun publicatie uit 2009. Omgerekend betekent dit een temperatuurtoename van de bovenste 700m van 0,17° C voor de totale periode 1955-2008.

Het bijzondere aan die temperatuurstijging van 0,17° C is dat deze ver achter blijft bij de HadSST (SST door Hadley Centre) , die voor delfde periode een temperatuurtoename van 0,6° C claimt. Tot zover niet heel spectaculair, zou je zeggen. Maar dan gaat Spencer iets heel aardigs doen. Hij bekijkt van jaar tot jaar het verschil in warmte-inhoud, en berekent vervolgens hoeveel energie er nodig was om die jaarlijkse verschillen te veroorzaken. Hij vergelijkt dan zijn uitkomsten met enkele grafieken van de hand van James Hansen, kopstuk bij GISS/NASA. Hansen publiceerde die grafieken in 2007 in een studie genaamd: Dangerous human-made interference with climate: a GISS modelE study .

 

Bron: Hansen et al 2007

In de eerste grafiek is van een aantal forcings voor de periode 1880-2003 de invloed weergegeven op de stralingsbalans. De tweede grafiek is het netto resultaat van al die forcings. Omdat de grafieken van Hansen slechts t/m 2003 lopen heeft Spencer voor de laatste jaren van het afgelopen decennium alle forcings op een na onveranderd gehouden, alleen het CO2-gehalte heeft hij op basis van recente metingen laten stijgen.
 

Bron: www.drroyspencer.com

Voor de periode 1955-2010 berekent Spencer op basis van de grafieken van Hansen een gemiddelde toename van de ‘radiative forcing’ van 0,8 W/m^2, terwijl in dezelfde periode de warmte-inhoud met ‘slechts’ 0,2 W/m^2 is toegenomen. Hoe kan dat ? Waar zijn die andere 0,6 W/m^2 gebleven? Spencers antwoord hierop is: feedback. Feedbacks in de vorm van verandering in bewolking, waterdamp en extra output van warmtestraling als gevolg van opwarming. Die extra output van warmtestraling noemt Spencer ‘THE main climate stabilizing influence’. Ik permitteer me de vrijheid om bij dat laatste eerder te denken aan extra latente energie en convectie als gevolg van opwarming dan aan extra stralingsenergie, hoewel dit laatste uiteraard ook zal plaatsvinden. Zie voor dit laatste ook de ideeën van Noor van Andel, Miskolczi en Clark in het hoofdstuk ‘Nieuwe Inzichten’. Conclusie: het klimaatsysteem van de aarde is veel minder gevoelig voor forcings zoals CO2-stijging dan gedacht door het IPCC.

Bron: www.drroyspencer.com

Met behulp van een eenvoudig fysisch model tracht Spencer tenslotte de feedback-parameter λ zodanig te parameteriseren dat de ‘radiative imbalance’ zo goed mogelijk overeenkomt met de gemeten toename van de warmte-inhoud met 0,2 W/m^2. Zie bovenstaande figuur. Let op het feit dat in het model de sterke feedback de forcing grotendeels neutraliseert, zoals de toename van de warmte-inhoud met 0,2 W/m^2 reeds indiceerde. Daarbij komt hij uit op een grootte van de feedback parameter λ van 4 W/m^2K, resulterend in een klimaatgevoeligheid van slechts 1° C bij verdubbeling van het atmosferische CO2-gehalte. Veel lager dus dan de door het IPCC gehanteerde gemiddelde toename van de temperatuur met 3° C.

Van diverse zijden is commentaar geleverd op bovenstaande uitkomsten, met name op het feit dat Spencer ‘slechts’ de bovenste 700m van de oceaan heeft bekeken. In een update op bovenstaand onderzoek heeft hij daarom zijn forcing-feedback model opnieuw laten lopen met de volgende 2 aanpassingen:
1) een netto opwarming over 50 jaar van 0,06° C voor de 0-2000m bovenste laag
2) een opwarming over dezelfde periode van 0,6° C van de SST

Het resultaat is een netto feedback parameter van 3W/m^2k, corresponderend met een klimaatgevoeligheid van 1,3° C bij verdubbeling van CO2, nog steeds ruim onder de gemiddeld 3° C van het IPCC, en zelfs onder de onderste limiet van 1,5° C die het IPCC voor toekomstige opwarming hanteert.

Tot slot: In de grafiek van de warmte-inhoud is te zien dat vanaf 2003 er sprake is van een stagnatie in de toename ervan, een stagnatie die tot op de dag van vandaag stand houdt. Het is wellicht interessant om dat verschijnsel in de nabije toekomst eens nader onder het licht te houden.

 

Aansluitend aan de vorige bijdrage over het overlijden van Dr.Noor van Andel vindt u hieronder het laatste artikel van van Andel, geschreven voor en gepubliceerd in het tijdschrift SPIL. Met dank aan de redactie van SPIL voor de toestemming tot publicatie.

Analyse van een fysicus: waar gaan de klimaatmodellen de mist in?

Door Noor van Andel

Het IPCC haalt auteurs aan die de volgende theorie aanhangen: De CO2-concentratie in de atmosfeer is de laatste tijd gestegen van 280 tot 390 ppm. Die stijging is nog niet eerder vertoond, en we weten bijna zeker dat de 0,7 graden Celsius globale temperatuurverhoging die vanaf 1976 is gemeten, door die CO2-stijging is veroorzaakt. Als we zo doorgaan, zal de globale temperatuur meer dan 2 graden Celsius stijgen, en dan zullen de gevolgen niet meer te beheersen zijn; dus er moet nu wat gedaan worden om de CO2-uitstoot te verminderen. Een verdubbeling van de CO2-concentratie tot 560 ppm, die aan het eind van deze eeuw zal worden bereikt, zal een extra warmtebelasting betekenen van 4 W/m2, en een opwarmend effect hebben van zeker 1,5, waarschijnlijk 3, en wellicht zelfs 5 graden Celsius wereldwijd. Wat klopt hiervan niet?

Meten is weten. Weerballonen zijn naast satellieten een grote bron van informatie over de processen die zich in de atmosfeer afspelen

Eerst de delen van de IPCC-theorie die kloppen: • De toename van de CO2 in de lucht is inderdaad te wijten aan de uitstoot die gepaard gaat met het gebruiken van fossiele brandstoffen. In principe kunnen we daarmee ophouden. Dat moet ook, maar om andere redenen dan die van opwarming door CO2. • Een verdubbeling van de CO2 in de lucht leidt inderdaad tot 4 W/m2 extra warmte naar het aardoppervlak, maar alleen als er verder niets in de atmosfeer verandert. Speculatief element Er is maar één speculatief element in de IPCC-theorie, en dat is dat die 4 W/m2 extra warmtestroom bij 2 x CO2 zal leiden tot 3 graden Celsius temperatuurverhoging. Hoe komt men daaraan? Vrijwel iedereen is het erover eens dat, als er verder in de atmosfeer niets zou veranderen, die 4 W/m2 een globale gemiddelde temperatuurverhoging van 1,5 graad Celsius tot gevolg heeft. Dat komt doordat, vooral boven in de atmosfeer, zo tussen 5 en 10 km, er weinig waterdamp meer is. Het is daar zo koud, dat al het water uitgevroren is en als sneeuw en regen naar beneden gevallen is. Maar het CO2 vriest niet uit, en dat is daar dan het belangrijkste gas dat de infrarode (warmte)straling naar de ruimte absorbeert, daardoor de atmosfeer ter plaatse opwarmt, zodat de aarde straalt tegen een warmere lucht en daardoor zelf ook warmer moet worden om de ingevangen zonnestraling weer kwijt te raken. Alle door het IPCC aangehaalde klimaatmodellen nemen CO2 als enig ‘broeikasgas’ en behandelen de waterdamp, die 80% van het broeikaseffect voor zijn rekening neemt, als zogenaamde ‘terugkoppeling’. Wordt het warmer, dan wordt het ook overal in de atmosfeer vochtiger, en dat versterkt het 2 x CO2-effect van 1 tot 1,5 à 5 graden Celsius. Die versterkte opwarming wordt door alle klimaatmodellen voorspeld.

Meten leidt tot beter weten

Klopt dat met metingen? Neen.De satellietmetingen laten juist een tegengestelde trend zien.Ook de klassieke meteorologie weet sinds 1958 hoe de vork aan de steel zit. Dat is anders:

1. De ingevangen zonnewarmte verlaat het aard- en zeeoppervlak via verticale luchtstroming, thermiek, meenemen van waterdamp die op grote hoogte condenseert en weer koud uitregent. Via warmtestraling wordt de atmosfeer kouder, niet warmer. De voornaamste koeling is boven de zee en de regenwouden boven de evenaar, in dagelijkse tropische regenbuien, die de warmte in de vorm van waterdamp tot 15 km hoogte opstuwen. De tropische zeetemperatuur is precies geregeld op 29 graden Celsius. Er is 20 W/m2 nodig om die temperatuur met 1 graad Celsius te laten toenemen. Dat is 5 x zo veel warmte als die 4 W/m2 die het gevolg is van 2 x CO2. Daardoor blijft de opwarming door 2 x CO2 beperkt tot enkele tienden van een graad Celsius. Dat is niet te meten tussen natuurlijke variaties van 0,5 graad Celsius van jaar tot jaar.

2. Waterdamp is het broeikasgas dat onze temperatuur regelt. Als het wat warmer wordt, komen er wat meer wolken die het zonlicht terugkaatsen, de passaatwinden in de tropen nemen sterk toe, meer dan 10% per graad opwarming. De tropische warmte wordt hoog in de atmosfeer opgestuwd, tot 12 à 17 km. Daar heeft 2 x CO2 een koelend effect. We meten dat door de toegenomen CO2 de temperatuur daar inmiddels 3 graden Celsius is gedaald. Niet gestegen. De wolktop daar is in de periode waarin het warmer werd, sinds 1976, hoger en dus ook kouder geworden. Daardoor is de lucht daar droger en dus ook doorzichtiger voor warmtestraling, juist tegengesteld aan wat de klimaatmodellen, aangehaald door het IPCC, menen te voorspellen.

3. Er is geen sprake van een sterke opwarming van de lucht tussen 5 en 12 km, zoals de klimaatmodellen laten zien. Er is juist een afkoeling gemeten, juist in de periode waarin het klimaat wat warmer werd, 1976 -2009. Die afkoeling baart door de IPCC aangehaalde auteurs grote zorgen, en er verschijnen ook veel ‘wetenschappelijke’ publicaties waarin de juistheid van die metingen in twijfel wordt getrokken. De juistheid van de modellen wil men graag blijven aannemen. Dat is tekenend voor de situatie: men wil zijn theorie niet aan de werkelijkheid aanpassen, maar de werkelijkheid, metingen door weerballonnen en satellieten over 30 jaar, aan de theorie aanpasssen, zodat ze met de bestaande modellen in overeenstemming worden gebracht. Iedereen voelt op zijn klompen aan dat het omgekeerde behoort te gebeuren: pas je theorie aan de werkelijkheid aan, niet andersom.

4. De klimaatmodellen laten een 3 x kleinere vergroting in de neerslaghoeveelheid rond de evenaar zien dan er wordt gemeten. Men wil niet weten van de intensivering van de koeling door tropische regenbuien als het ook maar 0,5 graad Celsius warmer wordt. Ze laten een 5 x kleinere vermindering van de regenval zien in de neerdalende lucht in de passatwindgordel, omdat men niet wil weten van het droger worden van die neerdalende lucht als gevolg van die opwarming. Want er is gemeten dat de waterdampspanning daar zo is afgenomen, dat die invloed groter zou moeten zijn dan die van de toenamen van CO2.

5. Alle klimaatmodellen laten een afname van de warmte-afgifte van de aarde naar de ruimte zien als gevolg van opwarming. Alle metingen daarentegen laten een toename zien van die warmte-afgifte, zoals ook logisch is. Er is geen enkele reden om aan te nemen dat de warmteoverdracht naar het heelal bij huidige aardse temperatuur nu ineens zou afnemen bij wat hogere temperatuur. Als dat werkelijk zo was, zou het klimaatsysteem instabiel zijn. De paleoklimatologie laat zien dat het systeem juist heel stabiel is, over miljarden jaren, ook aanvankelijk bij een 30% zwakkere zon, is de temperatuur binnen 10 graden Celsius (3 % van de absolute waarde) stabiel gebleven.

The Earth as a Heat Engine. The equatorial Hadley Cells provide the power for the system. Over the tropics, the sun (orange arrows) is strongest because it hits the earth most squarely. The length of the orange arrows shows relative sun strength. Warm dry air descends at about 30N and 30S, forming the great desert belts that circle the globe. Heat is transported by a combination of the ocean and the atmosphere to the poles. At the poles, the heat is radiated to space .

Werkelijke oorzaken van temperatuurveranderingen

De vraag is: als het niet de CO2-stijging is, wat heeft dan wel de temperatuurveranderingen veroorzaakt?

1. De belangrijkste korte-termijninvloed is de ENSO, of de El Niño Southern Oscillation. Dat is een periodieke onderbreking van de opwelling van koud oceaanwater voor de kust van Peru en Equador, waardoor het gehele klimaat ter plekke verandert. De autochtone bevolking ziet dat aankomen; als ze de Pleyadensterren niet meer gescheiden ziet, is de lucht vochtiger, de oceaan warmer. Dan is het El Niño, Spaans voor het kerstkind, en je hoeft niet te wachten met aardappelpoten. De vissers hebben het dan moeilijk, de zee is minder voedselrijk. De afkoeling tussen 1940 en 1976 vond plaats in een tijd van veel perioden met veel koude opwelling, de periode van 1976 tot nu is er een met weinig koude opwelling, dus veel El Niño. De koude winter van 2010-2011 is het gevolg van een heel sterke koude opwelling, La Niña, die in mei 2010 begon en die inmiddels de hele tropische Stille Zuidzee tot aan Australië een paar graden heeft afgekoeld en heeft gezorgd voor veel en vroege sneeuw in Europa.

2. Hoewel de door het IPCC aangehaalde auteurs (zoals professor Michael Mann, University of Virginia, met zijn ‘hockeystick’) erg veel moeite hebben gedaan om dit te ontkennen, is de ‘kleine ijstijd’, ongeveer de zeventiende eeuw, veel kouder geweest dan nu. De vele ijsgezichten in de Nederlandse schilderkunst getuigen daarvan, de Theems vroor regelmatig tot in Londen dicht, wat aanleiding gaf tot ‘ice fairs’ op het ijs in de stad. In diezelfde periode, na de uitvinding van de telescoop door Lippersheij in Middelburg, is men het aantal zonnevlekken gaan bijhouden. Het blijkt dat er gedurende de gehele kleine ijstijd nauwelijks zonnevlekken zichtbaar waren, het ‘Maunder minimum’. Ook in het begin van de negentiende eeuw is er een korte periode geweest met weinig zonnevlekken. Het was toen erg koud. Napoleons leger vroor vast op de Berezina, en na een zware vulkaanuitbarsting op Sumbawa in Nederlands Indië kwam er 1816, het ‘jaar zonder zomer’, waarin de graanoogsten mislukten en er 100.000 hongerdoden in Europa vielen. De Middeleeuwen, rond het jaar 1000, waren warm, de Vikingen zaaiden toen graan op Groenland en men plantte wijnstokken in Schotland. De Romeinse tijd was warm en een tijd van grote voorspoed. De tijd van de volksverhuizingen was weer koud, hongerige stammen plunderden Europa en vestigden zich in het Zuiden, de Vandalen in (West) Andalusië.

Deze grote klimaatschommelingen hebben allemaal niets met CO2 te maken, des te meer met wisselingen in de magnetische activiteit van de zon. Wel een ingewikkeld verhaal: Een actieve zon heeft niet alleen meer zonnevlekken, maar ook een sterker magnetisch veld, dat dan de harde kosmische straling uit ons Melkwegstelsel meer afschermt. Die straling is zo energetisch, dat hij tot op het aardoppervlak doordringt en op zijn pad duizenden luchtmoleculen ioniseert, die dan wolkcondensatiekiemen veroorzaken, dus meer laaghangende bewolking, wittere wolken met meer en kleinere waterdruppeltjes. Daardoor wordt de aarde witter, het zonlicht kaatst meer terug, en het wordt kouder bij een inactieve zon. Ook dit effect is sinds 1960 opgemerkt en sindsdien uitvoerig gemeten. CERN in Genève, waar men beschikt over die harde straling uit een eigen deeltjesversneller, heeft er een opstelling voor gebouwd die onlangs is aangelopen en het effect ook heeft geconstateerd. De zon is de laatste tijd heel actief geweest, sommigen verwachten dat dit nu anders wordt en dat we dus een koude periode in het vooruitzicht hebben.

The coincidence of tropical Pacific SST and global average temperature. Red: SST anomalies Pacific 20ºN-20ºS; blue: global temperature anomaly

Effect van wisselende zonne-activiteit is aangetoond

Zoals te verwachten, hebben door het IPCC aangehaalde auteurs zich heftig verzet tegen deze samenhang tussen zonne-activiteit en klimaat, onder meer door erop te wijzen dat de zonnestraling zelf heel weinig varieert met de 11-jarige cyclus van de zonneactiviteit. Maar het gaat ook niet om de hoeveelheid zonlicht, het gaat om de de hoeveelheid wolken. En juist de laaghangende wolken nemen toe als de zon wat minder actief is en dan de kosmische straling wat minder afschermt. Het wordt dan kouder, omdat die wolken het warmende zonlicht weerkaatsen. Op elke tijdschaal is dit effect aangetoond: van uren tot dagen tot jaren tot eeuwen tot duizenden eeuwen tot miljoenen jaren. Dat kan, omdat er tijdens een stille zon meer van de isotoop 10Be wordt gevormd via een kernreactie in de atmosfeer. Die isotoop heeft een lange halfwaardetijd en kan goed worden aangetoond, bijvoorbeeld in ijskernen die op Groenland en in Antarctica worden geboord. Met de verhouding van 16O/18O kun je de temperatuur meten, met 10Be de galactische kosmische straling. Een van de meest indrukwekkende samenhangen is die tussen de graanprijzen en de hoeveelheid 10Be, zoals het diagram betreffende de zeventiende eeuw illustreert.

De ononderbroken lijn in de figuur is de 10Be-spiegel in het sediment uit die tijd. Als de zon minder actief is, is er meer harde kosmische straling, dus ook meer 10Be. Het is dan kouder, de graanoogst is geringer en de prijzen stijgen. De witte en zwarte ruiten zijn driejaars-gemiddelde graanprijzen, de witte en zwarte driehoeken zijn de momenten van minimum en maximum graanprijs. De getoonde periode is bekend als ‘kleine ijstijd’. Een kouder klimaat heeft echt schadelijke gevolgen. Een warmer klimaat brengt welvaart.

Ontkrachting van andere alarmerende voorspellingen Tot slot nog enkele vaststellingen die alarmerende berichten ontkrachten die het IPCC graag verspreidt en die de media graag overnemen: • Er is geen enkele aanwijzing dat de zeespiegel sneller stijgt dan in voorbijgegane eeuwen. • Er is geen enkele aanwijzing dat het aantal extreme weerstoestanden, zoals orkanen, droogten, overstromingen, toeneemt. • Er is geen aanwijzing dat het afsmelten van gletschers versnelt. In de warme Middeleeuwen waren ze veel korter dan nu. • Er is geen enkele aanwijzing dat meer CO2 schadelijk is; integendeel, planten groeien sterker en hebben minder last van watertekort als er meer CO2 is. • Er is geen aanwijzing dat het bleken van koralen versnelt door opwarming. • Er is geen aanwijzing dat stijging van de zuurgraad van de zee nadelige invloed heeft op het leven daar. • Er is geen enkele aanwijzing voor een achteruitgang van de voedselproductie door ‘klimaatverandering’. • Er is geen enkele aanwijzing dat menselijk gezondheid in gevaar gekomen is als gevolg van een toegenomen concentratie van CO2 in de lucht. Foto rechts: Bij een tropische donderbui dringt de ‘diepe convectie’ tot in de stratosfeer door.

In memoriam Noor van Andel

Toen ik enkele weken geleden bezig was met het bewerken van een recent artikel van zijn hand, bereikte me het bericht dat Dr. Noor van Andel was overleden. Noor van Andel was naar mijn mening een van de weinige echt gróte denkers op het gebied van klimaatverandering in ons land. Hij schrok er niet voor terug de professionals in het veld zo nu en dan stevig toe te spreken op hun eigen vakgebied. Noor van Andel was van huis uit ingenieur en is lange tijd van zijn werkzame leven directeur geweest van de laboratoria van AKZO. Hij werd gezien als een kopstuk op het gebied van duurzame energietechnologie. Na zijn pensionering ging hij niet stilzitten maar zette zijn enorme kennis en praktijkervaring in in zijn bedrijf Fiwihex, dat technologie ontwikkelt voor onder andere duurzame energieopslag in tuinderskassen. Zijn enorme kennis op het gebied van energieoverdracht zette hij ook in op een andere gebied dat zijn aandacht had, namelijk klimaatverandering. Daar versterkte hij al snel het klimaatkritische kamp. Zijn praktisch gerichte werkwijze en inzichten contrasteerden sterk met de theoretische benadering van veel professionele werkers in het klimaatveld, wat niet zelden tot schermutselingen op hoog niveau leidde.

Bron foto: climategate.nl

Zijn ideeën over klimaatveranderingen spraken me dermate sterk aan dat ik daar een jaar geleden al een hoofdstuk aan gewijd heb: “Latente Warmteflux” onder “Nieuwe Inzichten” . Ik zal de komende tijd proberen om zijn laatste artikelen over klimaatveranderingen daar een plaats te geven.
 

Vincent Courtillot en zijn heldere kijk op klimaatveranderingen

De afgelopen maanden is hier (soms bij herhaling) een aantal onderwerpen aan de orde geweest dat belangrijk is voor de ‘klimaatdiscussie’. Een daarvan is de vraag of het interessant is dat we wederom een jaar achter de rug hebben met een klimatologisch record: nee dus. Zolang we (al meer dan 10 jaar) ons op een soort hoog temperatuurplatform bevinden zal elke kleine uitschieter naar boven een record opleveren. Interessanter is de vraag wat de temperatuurtrend is, en waarom de temperatuurstijging al meer dan een decennium stokt.

Een ander aspect dat uitvoerig aan de orde is geweest is de vraag of de recente temperatuurstijging van 0,6 °C in de afgelopen eeuw uniek is. Een blik op de temperatuurgang van de afgelopen millennia gaf al snel uitsluitsel: geen bijzondere dingen. Sommigen zullen zeggen: maar die recente opwarming is antropogeen en dus afwijkend van al die andere fluctuaties. Ik heb hier al eerder opgemerkt dat die antropogene opwarming onderdeel vormt van de hypothese dat een stijging van broeikasgassen in de atmosfeer een stijging van de temperatuur veroorzaakt. Dat (die antropogene invloed) is mogelijk, maar als het al zo is dat is met de huidige stand van wetenschap nog steeds niet uit te maken hoe groot dat antropogene aandeel is en hoe groot het aandeel van andere (,natuurlijke’) factoren. Wat dat laatste betreft: uitvoerig aandacht is ook besteed aan de rol van de zon in de temperatuurfluctuaties aan het aardoppervlak, zowel voor wat betreft de berekeningen van Cees de Jager c.s., van Shaviv , als de hypothese van Svensmark c.s. betreffende de rol van cosmic rays op de aardse temperaturen.

Als u dit alles ook nog eens wilt horen uit de mond van een eerbiedwaardige professor, dan moet u hier klikken. Het is een opname van de toespraak die professor Vincent Courtillot heeft gehouden op een klimaatcongres dat afgelopen december in Berlijn is gehouden. Coutillot , geofysicus, is hoogleraar aan de Universiteit van Parijs en sinds 2003 lid van de Académie des Sciences. Hij is gespecialiseerd in paleoklimatologie en paleobiologie en houdt zich bezig met de invloed van klimaatveranderingen op organismen.

Courtillot hield zijn toespraak op het congres van EIKE, het Europäisches Institut für Klima und Energie. Hij geeft een uitermate heldere uiteenzetting over de impasse waarin de klimaatwetenschappers zich bevinden, met hun soms obscene hang naar modelleren. Courtillot zet in zijn toespraak die klimaatwetenschappers weer met beide benen op de grond. Uiteraard wordt dat de professor niet door iedereen in dank afgenomen. Hij wordt dan ook door een deel van de klimaatfamilie gezien als scepticus. Oftewel: hij deugt niet. Oordeelt u zelf door de video te bekijken.
 

Bron: Moberg

Hij maakt bij zijn reconstructie van de temperatuur op het NH van de afgelopen 2000 jaar gebruik van diverse proxies. Zo gebruikt hij de boomringdata die zo populair zijn geworden door de publicaties van Mann c.s., en die de vermaledijde hockeystick opleverden. In 2005, het jaar van publicatie van het artikel van Moberg e.a. , werd de eerste vernietigende kritiek geschreven in het Nederlandse blad Natuur en Techniek, van de hand van journalist Marcel Crok. Maar ook in het wetenschappelijke veld was toen al de nodige kritiek op de werkwijze van Mann c.s. Op grond daarvan besloten Moberg et al om de kortetermijnbevindingen van de boomringdata te combineren met langetermijn data uit meer- en oceaansedimenten (zie figuur hierboven).

 

Bron: theinconvenientskeptic.com

Met behulp van een statische techniek, de wavelet transform technique, was het mogelijk om een temperatuurreconstructie te maken van de afgelopen 2000 jaar, die hierboven is afgebeeld. Wat direct opvalt is de aanwezigheid van de Middeleeuws Optimum, een warmere periode die tot op de dag van vandaag door Mann c.s. ontkent wordt als globaal verschijnsel.

Maar interessanter wordt het als we niet het absolute verloop van de temperatuur beschouwen, maar de temperatuurverandering per tijdvak van 50 jaar vanaf het jaar 25 n. Chr. tot 1955 n.Chr. Het resultaat ziet u hieronder.

Bron: theinconvenientskeptic.com

De blauwe lijn geeft de veranderingen per tijdvak weer op basis van de data van Moberg. De rode lijn geeft de veranderingen weer per tijd van 50 jaar op basis van de gecombineerde data van CRU, GHCN, UAH en RSS. Het verspringen van de rode lijn t.o.v. de blauwe lijn is het gevolg van een time lag tussen de gemeten temperatuur en de proxies van lagetermijn data zoals die uit oceanen.

De bevindingen zijn opmerkelijk: de opwarming in de 20e eeuw is niet de sterkste van de afgelopen 2000 jaar. Als we alleen naar de afgelopen 1000 jaar kijken dan valt op dat er zeker 10 periodes zijn met een significatie opwarming. De opvallendste daarvan vond plaats in de 17e eeuw, toen opwarming bijna een eeuw duurde.
Het temperatuurverloop toont ook een langetermijn-periodiciteit van een aantal eeuwen, die met behulp van de boomproxies van Mann e.a. niet herkenbaar waren. En het verloop van de temperatuur gedurende de afgelopen eeuw vertoont geen afwijking van het patroon dat al eeuwenlang de temperatuur op het NH beheerst. Afkoeling staat derhalve voor de deur, is te verwachten.

Bron: KNMI

Bovenstaande figuur vergelijkt voor de gehele aarde de gemeten data vanaf 1982 (start satellietmetingen) met de gemiddelde uitkomsten van klimaatmodellen. Het verschil is opvallend. Niet alleen verdwijnen El Niño/La Niña variaties, maar ook de trend van de modellen ligt zo’n 50% hoger dan de gemeten trend.

Bron: KNMI

Deze afwijkingen blijven ook aanwezig als Tisdale de Grote Oceaan in vieren knipt: noord, zuid oost en west. Bovenstaande figuur betreft de situatie voor het noordelijk deel van de Pacific. De lineaire trend van de modellen is bijna 2x zo groot als die van de meetgegevens. Alleen voor het westelijk deel van de Grote Oceaan geldt dat de modellen heel aardig de gemeten trend volgen.

 

Bron: KNMI

Maar in het oostelijk deel van de Grote Oceaan zijn de verschillen tussen modellen en de gemeten waarden zeer groot: de lineaire trend van de modellen is daar meer dan 6x hoger dan die van de gemeten data.

Bron: KNMI

Tisdale kijkt ook naar de zonale verschillen die de modellen weergeven. De zones hebben een breedte van 5 breedtegraden, dus bijvoorbeeld van 45 °NB tot 50 °NB, en lopen van Noordpool tot Zuidpool. Voor elke zone worden dan de lineaire trend weergegeven volgens de klimaatmodellen . De periode loopt van januari 1982 tot februari 2011. De zones zijn per oceaanbekken weergegeven, waarbij de Indische Oceaan en de Grote Oceaan gesplitst zijn in een westelijk en een oostelijk deel.
 

Bron: KNMI

Opvallend is dat de afwijkingen van de modellen het grootst zijn op lage breedten en afneemt tot vrijwel 0 in Arctische en Antarctische wateren , dat deze afwijkingen over het gehele traject positief zijn, en dat dit voor alle oceanen geldt.
Als we bovenstaande zonale data per oceaan samenvoegen, en vergelijken met de gemeten data, dan wordt het beeld heel anders.

Bron: KNMI

De modellen missen de afkoeling van de SST ten Z van 50 °ZB , de opwarming van het oceaanwater nabij 62 °NB, terwijl de afwijking tussen 30 °ZB en 30 °NB ook erg groot zijn. Kortom, de modellen elke link met het werkelijke verloop van de SST.
Als men de zonale data van het westelijke bekken van de Grote Oceaan vergelijkt met die van het oostelijk deel, dan krijgt men het volgende beeld. Hieronder eerst het westelijk deel van de Pacific:

Bron: KNMI

In het westelijk deel missen de modellen de gemeten afwijkingen op 67 °ZB, 50 °ZB, 40 °NB en 62 °NB, maar overigens doen de modellen het in dit deel van de Pacific niet erg slecht. Dat komt overeen met datgene wat we ook al zagen in de derde figuur. Maar als men dan de data van het oostelijk deel van de Grote Oceaan bekijkt dan slaan de klimaatmodellen de plank volledig mis:

Bron: KNMI

Tot slot kwam Tisdale nog met een update van zijn bevindingen, omdat de figuren gevoelig zijn voor de keuze van begin- en eindpunt van de gemeten periode. Dat is op onderstaande grafiek duidelijk te zien.

 

Bron: KNMI

Om het El Niño/La Niña-effect op het verloop van de grafieken te elimineren kiest Tisdale als beginpunt januari 1986 en als eindpunt december 2005, beide El Niño/La Niña-neutrale data. Voor alle oceanen samen levert dat het volgende effect op:

Bron: KNMI

Als men dat vergelijkt met de figuur die het tijdvak 1982-2011 bestrijkt dan zien we dat de afwijkingen weliswaar op sommige breedten iets kleiner zijn geworden, maar dat blijft staan dat de klimaatmodellen extreem afwijken van de gemeten waarden. De oceanen maken ongeveer 2/3 van het totale oppervlak van onze planeet uit en zijn vanwege hun enorme buffercapaciteit voor wamte, vanwege de zeestromen en vanwege verdamping van zeer grote invloed op het klimaatsysteem. Men dient dan ook mijns inziens de uitkomsten van die modellen met grote voorzichtigheid te benaderen.

Met dank aan Bob Tisdale en het KNMI voor de data.
 

Bron: NOAA

Malberg vergelijkt het gemiddeld aantal zonnevlekken van 3 opeenvolgende 11-jarige Schwabe-zonnecycli met het temperatuurverloop gedurende die zonnecycli in onder andere Midden Europa. Beide zijn uitgedrukt in anomalieën, veranderingen ten opzichte van een bepaalde referentieperiode. In bovenstaande figuur is de bekende temperatuurtrend te zien vanaf het einde van de Kleine IJstijd (Maunder Minimum) : een oplopende temperatuur tot de 19e eeuw, dan weer een afkoeling (Dalton Minimum) en daarna de opwarming van de 20e eeuw. Daarmee volgt de temperatuurtrend van Midden Europa die van de globale temperatuur met een correlatiecoëfficiënt van + 0,94.

Het is hier al eerder opgemerkt dat de meeste temperatuurgrafieken die betrekking hebben op klimaatverandering niet in de 17e eeuw beginnen, zoals bovenstaande grafiek, maar in de tweede helft van de 19e eeuw. Logisch , want veel meteorologische diensten, zoals ook het KNMI, begonnen in die periode met hun metingen. Maar daardoor komt alleen de laatste opwarming vanaf 1880 in beeld, waardoor de indruk gewekt kan worden dat deze temperatuurstijging uniek is. Dat beeld werd nog versterkt door de foutieve reconstructie van de globale temperatuur sinds 1100 door Michael Mann, de bekende hockeystickgrafiek. Tel daar nog eens bij de als vaststaand feit verkochte hypothese dat atmosferisch CO2 de temperatuur op aarde stuurt, en het beeld dat de globale temperatuurstijging sinds 1880 van ~ 0,7 °C vrijwel zeker antropogeen van oorsprong moest zijn was een feit.

In bovenstaande grafiek is te zien dat de temperatuurstijging sinds 1880 onderdeel is van een cyclische schommeling. Deze zogenaamde De Vries-cyclus heeft een periodiciteit van ongeveer 200 jaar en wordt aangedreven door de zon.

 

Bron: Malberg

In de figuur hierboven zien we de temperatuuranomalieën in Midden Europa per periode van 3 Schwabe-cycli. Opvallend is dat het verloop van deze grafiek sterk lijkt op die van de eerste grafiek. Zonneactiviteit is ontegenzeggelijk een belangrijk sturende factor in het temperatuurverloop.

Malberg heeft de correlatiecoëfficiënt berekend tussen die zonneactiviteit en het temperatuurverloop in diverse gebieden (zie de grafiek hieronder).

Bron: Malberg

In de grafiek is de correlatie weergegeven voor Midden Europa en centraal Engeland, en vanaf 1857 ook voor het NH, ZH en de aarde als geheel. Voor de periode 1857-1996 kan volgens Malberg de zon voor ongeveer 80% de langetermijn temperatuurveranderingen verklaren. Opvallend is dat de correlatie zonneactiviteit – temperatuur daalt bij beschouwing van kortere periodes, zoals die met de duur van een zonnecyclus. Dat is het geval vanaf 1996, als ook de laatste cyclus, nummer 23, meegerekend wordt. Daarom heeft Malberg aandacht besteed aan de periode 1991-2010 om meer zicht te krijgen op de vraag welke factoren van invloed zijn op kortstondige periodes met een lengte van een zonnecyclus. In onderstaande grafiek is het verloop van de globale temperatuur weergegeven, bron HadCrut. De kortstondige temperatuurverandering in deze periode zijn vrijwel alle terug te voeren tot de invloed van El Niño (ENSO) en La Niña, de grootschalige veranderingen in het stromingspatroon van de tropische Pacific.

Bron: HadCrut

Een El Niño fase verwarmt de aarde, La Niña daarentegen koelt de aarde af. Deze fases hebben een relatief kortstondige uitwerking op de globale temperatuur. Maar er is ook een langere periodiciteit te ontdekken in de invloed van beide verschijnselen. In onderstaande grafiek is de zogenaamde aandrijffactor F = Tm*Mon weergegeven, waarbij men per decennium de totale invloed van El Niño en La Niña berekent. Deze warmtebalans is positief als El Niño overheerst, en negatief als La Niña overheerst.

Bron: NOAA

Opvallend is dat in de jaren’50 de balans negatief was, en in de decennia daarna (met uitzondering van de jaren ’70 , positief. Vooral in het laatste decennium is de invloed van Pacifische cyclus groot geweest.

Bron: Malberg

Bovenstaande grafiek geeft de correlatie weer tussen de jaarlijkse globale gemiddelde temperatuur en die van de tropische Pacific voor diverse periodes. Opvallend is dat de correlatie om en nabij de + 0,8 is voor het afgelopen decennium. Malberg merkt op dat El Niño/La Niña op twee manieren het klimaat beïnvloed, namelijk op een decenniale schaal en een intra-annuele schaal. Met name het afgelopen decennium is de invloed op de globale temperatuur groter dan in de voorafgaande decennia, terwijl de kortstondige pieken en dalen in de temperatuurreeks de tweede invloed vormen. Volgens Malberg compenseert de toegenomen invloed van El Niño/La Niña op decenniale schaal de teruglopende zonne-activiteit van de afgelopen 50 jaar.

Bron: NASA

Wat biedt de toekomst? Net zoals prof. De Jager denkt ook Malberg dat de kans groot is dat we aan de vooravond van een afkoeling staan. Van cruciaal belang volgens Malberg is de vraag wat cyclus 24 gaat doen. Als het gemiddelde zonnevlekkenaantal onder de 50 blijft verwacht hij een langere periode van afkoeling. En in die verwachting staan Malberg en De Jager niet alleen. Over CO2 als drijvende kracht achter de temperatuur is de professor kort: “Der anthropogene CO2-Effekt kommt als Ursache des aktuellen Temperaturverhaltens nicht in Betracht. Wäre er dominant, müsste sich die globale Temperatur seit1998 auf Grund des exponentiellen CO2-Anstiegs stark erhöht haben. Eine konstante globale Temperatur ist durch einen angeblich dominierenden CO2-Effekt physikalisch ebenso wenig zu erklären, wie es globale Abkühlungen sind.”
 

In dat debat, waarin ondergetekende ook zo nu en dan een steentje tracht bij te dragen, is de uitgave van het boek van wetenschapsjournalist Marcel Crok niet onbelangrijk. Crok heeft een hoop klimatologische items toegankelijk gemaakt voor een groot publiek, en dat heeft hij prima gedaan. Crok probeert net zoals ik enig tegengas te geven tegen de stortvloed aan main stream informatie die de afgelopen jaren over ons uitgestort is. Het is daarom een beetje flauw van de auteurs van het bovengenoemde boekje van het PCCC om Crok aan te rekenen dat hij niet altijd álle publicaties noemt maar zich beperkt tot de sceptische. In dit geval gaat het om de vraag hoe warm het op aarde gaat worden.

Kritische mensen als Crok zijn er juist voor om enig tegenwicht te vormen tegen de main stream opvattingen, niet om een breed afgewogen beeld te schetsen van de wetenschappelijke discussie op klimaatgebied. Dat laatste lijkt me juist een taak van instellingen als het IPCC en het KNMI, die daar de afgelopen jaren niet in geslaagd zijn.

Deze site, Klimaatgek.nl, heeft ook niet als doel om een evenwichtig beeld te schetsen, maar om kritische kanttekeningen te plaatsen bij de algemeen heersende opvattingen over klimaatverandering. Daarom moet Marcel mijns inziens gewoon doorgaan met waar hij mee bezig is, namelijk gedegen werk leveren als luis in de pels. Ik las dat nu ook zijn e-versie van het boek op de markt is, dit voor diegenen onder u die het boek nog niet gelezen hebben. Overigens: ik heb geen ‘aandelen Crok’ !

Koud in Nederland, warm in de wereld.

Bron: Volkskrant/NCEP

Op 6 april j.l. berichtte de Volkskrant op pagina 3 over twee zaken die interessant zijn voor deze klimaatsite. Het eerste bericht betrof het relatief koude jaar 2010 voor Nederland, terwijl de aarde als geheel “een van de warmste jaren sinds 1850” meemaakte.

Nu zijn beide beweringen waar: 2010 was relatief koel voor Nederland en relatief warm voor de wereld als geheel. Maar is dat bijzonder? Natuurlijk niet, want Nederland is de wereld niet. Maar waarom dan een paginagroot artikel over iets dat zo vanzelfsprekend is, kun je je afvragen? Het antwoord is te vinden in het tussenkopje: “Kou heeft scepsis over opwarming doen toenemen”. Nu zijn er veel meer redenen te bedenken om sceptisch te zijn over opwarming van de aarde dan een koude decembermaand. En misschien is het wel waar dat bij het publiek die koude maand de scepsis verder heeft doen toenemen. Het artikel is gebaseerd op het rapport “De Staat van het Klimaat 2010 ”van het PCCC, een samenwerkingsverband tussen enkele universiteiten, het KNMI , Deltares en het NWO. Het is een artikel met een boodschap: denk niet dat na een koude winter in West-Europa de wereld ophoudt met opwarmen. Maar is die boodschap juist?

Op 22 januari j.l. heb ik het temperatuurverloop van het afgelopen decennium bekeken. Daarbij gebruikte ik de data van de 4 grote instituten die zich bezig houden met het berekenen van die data. En dat het verloop van de wereldtemperatuur een kwestie van rekenen is bleek toen wel: alle vier de reeksen weken van elkaar af. GISS/NASA berekende de grootste stijging: + 0,152 ºC, NCDC NOAA kwam uit op een decenniale stijging van + 0,013 ºC, HadCRUTv3 op een daling van – 0,052 ºC, en de satellietdata RSS MSU op + 0,032 ºC. Als we deze waarden middelen dan is de conclusie gerechtvaardigd dat er gedurende het laatste decennium geen noemenswaardige stijging heeft plaatsgevonden. Overigens vindt al vanaf 1996 geen noemenswaardige stijging meer waar te nemen in de aardse temperatuur.

Onderstaande grafiek geeft het verloop weer van de temperatuur van het onderste deel van de troposfeer zoals waargenomen door de AMSU satelliet. De rode lijn geeft de officiële door UAH (University of Alabama Huntsville) berekende temperatuuranomalie, de blauwe lijn geeft het temperatuurverloop van Channel 5 van dezelfde satelliet, een bijna real time verloop van de temperatuuranomalie (niet gecorrigeerd). Als de grafiek gefilterd wordt op El Niño/La Niña pieken en dalen, dan is het verloop sinds 1996 nagenoeg vlak. De referentieperiode van de grafiek is 1981-2010.

Een mogelijk antwoord op deze vraag heeft prof. De Jager gegeven, zie de vorige bijdrage op deze site. De Jager toont aan dat een proportioneel deel van de temperatuurstijging sinds het Maunder Minimum het werk is van de zon, en niet van CO2. Een ander deel van het antwoord is te vinden in de beperkingen van klimaatmodellen. Zelfs de meest geavanceerde modellen zijn niet goed in staat om het wereldklimaat adequaat te simuleren. The Royal Society, het prestigieuze Britse instituut dat toch niet bekend staat vanwege zijn kritische houding richting IPCC, schrijft hierover in het recent verschenen Climate Change: a Summary of the Science :

"Observations are not yet good enough to quantify, with confidence, some aspects of the evolution of either climate forcing or climate change, or for helping to place tight bounds on the climate sensitivity. Observations of surface temperature change before 1850 are also scarce. As noted above, projections of climate change are sensitive to the details of the representation of clouds in models. Particles originating from both human activities and natural sources have the potential to strongly influence the properties of clouds, with consequences for estimates of climate forcing. Current scientific understanding of this effect is poor.

Additional mechanisms that influence climate sensitivity have been identified, including the response of the carbon cycle to climate change, for example the loss of organic carbon currently stored in soils. The net effect of changes in the carbon cycle in all current models is to increase warming, by an amount that varies considerably from model to model because of uncertainties in how to represent the relevant processes. The future strength of the uptake of CO2 by the land and oceans (which together are currently responsible for taking up about half of the emissions from human activity is very poorly understood, particularly because of gaps in our understanding of the response of biological processes to changes in both CO2 concentrations and climate. ".

Ook NASA heft een lijstje gemaakt van onzekerheden in forcings en feedbacks, waarbij naast bovengenoemde aspecten ook het gedrag van oceaanstromen , aerosolen en neerslag genoemd worden. Opmerkelijk is dat in tegenstelling tot het Britse rapport, NASA wél de zon noemt als forcing die nader onderzoek nodig maakt. Kortom: wetenschappers die zich (nog steeds) focussen op CO2 als drijvende kracht achter “de opwarming van de aarde” veronachtzamen daarmee andere forcings die wellicht minstens zo belangrijk zijn.

Staatssecretaris Atsma nam het rapport van het PCCC in ontvangst. De Volkskrant noteerde uit de mond van de staatssecretaris: “ Het klimaat verandert, dat staat ontegenzeggelijk vast. Het gaat nu om de mate waarin dat gebeurt. ” . Daar is geen speld tussen te krijgen. Wat opvalt is dat ‘opwarming’ verdwenen is en ‘verandering’ daarvoor in de plaats gekomen is. Deze verschuiving in woordkeuze heeft men de afgelopen tijd ook bij veel alarmisten kunnen waarnemen. Gezien de temperatuurtendens van het afgelopen decenium lijkt me dat niet onverstandig.

Ter afsluiting is het misschien leuk om ‘klimaatverandering’ op een iets langere tijschaal te bekijken. Herinnert u zich onderstaande grafiek nog? (‘Unieke Temperatuurstijging’ in hoofdstuk De Dogma’s). Het betreft een reconstructie van de temperatuur van de afgelopen 350.000 jaar op basis van enkele ijskernen door Sime et al in 2009 (Nature). De rode stip is 0 jaar BP (Before Present). Salomon Kroonenberg van TU Delft zei enkele jaren geleden: "Misschien is een beetje opwarming nog zo gek niet, om de komende ijstijd wat langer buiten de deur te houden".

1-4-2011

De stralingsbalans onder vuur deel 3: de zon als onderschatte speler

In het hoofdstuk ‘Nieuwe Inzichten’ is al uitgebreid aandacht besteed aan de zon als veroorzaker van klimaatveranderingen. Daarmee wordt niet bedoeld de relatie tussen zon en aarde zoals verwoord in de Milancovic cycles, maar veranderingen van de zon zelf die van invloed zijn op het aardse klimaat. Daarbij is de zogenaamde “zonnedynamo” de spil van het verhaal.

De zonnedynamo is vergelijkbaar met het ontstaan van het aardmagnetisch veld. De belangrijkste processen spelen zich af in de zogenaamde tachocline, een laag van enkele tienduizenden km dikte op een diepte van 200.000 km onder het zonsoppervlak. De daar opstijgende gasmassa’s gaan wervelen als gevolg van de zonnerotatie. De hierdoor ontstane elektrische velden genereren op hun beurt weer sterke magneetvelden.

Bron: De Jager
 

De variabiliteit van de zon wordt bepaald door 2 componenten van het magnetisch veld, de zogenaamde torroïdale component en de poloïdale component. Omdat beide componenten niet direct worden gemeten gebruiken fysici – net als bij temperatuurreconstructies - proxies. Voor de torroïdale component is dat de Rmax , het maximum aantal zonnevlekken in een cyclus. In de grafiek hierboven is het verloop van de Rmax te zien vanaf 1100 na Chr. Met behulp van de proxies 14C en 10Be is een reconstructie van zonnevlekken tot ~850 v.Chr. mogelijk.

Wat opvalt in de grafiek is dat vanaf 1100 de langetermijntrend een dalende is tot ongeveer 1640, als het dieptepunt tijdens het Maunder Minimum bereikt wordt. Dat is de relatief koele periode die in Europa bekend staat als de Kleine IJstijd. Daarna stijgt de torroïdale activiteit weer tot het einde van de vorige eeuw.

Bron: De Jager

Voor de poloïdale component wordt de geomagnetische index gebruikt. De proxy voor de poloïdale magnetische veldsterkte is aamin , de minimum waarde van de aa magnetische component. In bovenstaande grafiek is het verloop van deze index vanaf 1100 n. Chr. weergegeven. Duidelijk is te zien dat de grafiek nagenoeg hetzelfde verloop toont als die van de Rmax . De richting van het magnetisch veld keert ongeveer elke 11 jaar om, waardoor de zonnevlekkencyclus gestuurd wordt. Gedurende de elfjarige cyclus wisselen de twee velden in sterkte: als het veld rond de evenaar maximaal is, is het polaire veld minimaal en omgekeerd.

Behalve deze 11-jarige cyclus, Schwabe-cyclus genaamd, is er ook sprake van een periodiciteit op een langere tijdschaal:

Hale cyclus: 22 jaar
Lower Gleissberg cyclus: 70 jaar
Upper Gleissberg cyclus: 100 jaar
De Vries Cyclus: 205 jaar
Halstatt cyclus: 2300 jaar

Er is de afgelopen tijd een reeks van wetenschappelijke publicaties geweest die verwezen naar een correlatie tussen zonneactiviteit en temperatuur op aarde. Een van de meest recente is een publicatie van De Jager, Duhau en van Geel uit 2010. Daarin komen ze voor het eerst tot nauwkeurige schattingen over de bijdrage van zonneactiviteit op de oppervlaktetemperatuur van de aarde, waarover verderop meer.

Coughlin & Tun (2004) hebben onderzoek gedaan naar de correlatie tussen de torroïdale component en de troposferische temperatuur in de 11-jarige Schwabe cyclus. Zij vergeleken daartoe de temperatuurreeksen van NCEP/NCAR tussen 1958 en 2003 met de zonnevlekactiviteit in dezelfde periode. Tijdens een periode met maximale zonnevlekken is de toename van de totale energie van de zon niet spectaculair, namelijk ongeveer 0,1%. Maar de toename van de hoeveelheid UV-straling is wel groot: 6 tot 8%. Coughlin et al maken gebruik van een methode genaamd “empirical mode decomposition”. Daarbij herkennen ze in de temperatuurreeks (en de zogenaamde geopotentiele hoogte) een vijftal oscillaties en een langjarige trend. In onderstaande figuur is dat weergegeven.

Bron: Coughlin

Te zien is dat in het 700 hPa drukvlak de 4e oscillatie zeer goed overeen komt met de elfjarige zonnevlekkencyclus. De correlatiecoëfficiënt tussen beide data is + 0,72, zeer hoog dus. Ook hoger in de troposfeer blijft de correlatie in stand. De onderzoekers concluderen: “Statistical tests show that this signal is different from noise, indicating that there is enhanced warming in the troposphere during times of increased solar radiation. ” .

Usoskin et al (2004) onderzochten de correlatie tussen de zonnevlekken vanaf 850 n. Chr. op basis van een reconstructie m.b.v. 10Be data en de temperatuurreconstructies op het NH van Mann& Jones (2003)en Mann et al (1999).

Bron: Usoskin

Rekening houdend met een time lag van ongeveer 10 jaar waarbij de zonnevlekken de temperatuur sturen komen Usoskin et al op een correlatiecoëfficiënt voor de temperaturen op het NH van 0,71 (Mann & Jones) tot 0,83 (Mann et al) met een significantieniveau van > 95%.

De Jager et al (2006) zochten naar de correlatie tussen 7 temperatuurreeksen en zonneactiviteit. Hierbij wordt een onderscheid gemaakt tussen de veranderingen in stralingsactiviteit van de zon (met name de fluctuaties in de UV-straling) enerzijds en de invloed van het zonmagnetisch veld op het cosmic-ray-niveau op aarde anderzijds.

Bron: De Jager

De Jager et al concluderen dat op langere termijn er een duidelijke correlatie is tussen de UV-fluctuaties en temperatuur, en een minder duidelijke correlatie is tussen cosmic rays en temperatuur. Zie voor cosmic rays Svensmark in het hoofdstuk “Nieuwe Inzichten”.

Scafetta (2009) ontwierp met behulp van satellietdata vanaf 1980 een model om de invloed van zonneactiviteit op de aardse temperatuur te kunnen reconstrueren. Hij maakt daarbij gebruik van een aantal datasets waarvan de gevolgen voor de temperatuur nogal uiteen lopen. Zo voorspelt PMOD een afkoeling bij stijgende zonneactiviteit, terwijl andere datasets bv. ACRIM) een aanzienlijke opwarming aangeven, waarbij het aandeel van de zon tot 65% oploopt.

Scafetti concludeert dat de invloed van de zon op recente temperatuurveranderingen aanzienlijk is, en wijt het standpunt van het IPCC (2007) dat de zon een verwaarloosbare rol speelt in de opwarming aan het gebruik van foute zonnedata. Zijn bevindingen wijzen op een grote gevoeligheid van het klimaatsysteem. Zelfs kleine fouten in het modelleren kunnen daardoor klimaatmodellen onbruikbaar maken. Men kan hierbij denken aan de vraag hoe albedo, wolkendek, waterdamp feedback, LW- straling reageren op temperatuurveranderingen op decadale schaal.

Le Mouël et al (2009) onderzochten voor 203 weerstations in de USA, Europa en Australië of er een verband bestaat tussen het temperatuurverloop en zonneactiviteit, i.e. aantal zonnevlekken en magnetisch velddata van de zon.

Bron: Mouel

Conclusie: “We conclude that significant solar forcing is present in temperature disturbances in the areas we analyzed and conjecture that this should be a global feature.”.

Behalve bovengenoemde studies is er nog een veelvoud recentelijk beschikbaar gekomen die een correlatie tussen zonneactiviteit en temperatuur aantonen. Daarbij wordt gebruik gemaakt van paleoklimatologische reconstructies op basis van 14C en 10Be, waarbij onderzoek gedaan wordt aan gletsjers, meerafzettingen, veenvorming, zeesedimenten door drijfijs, stalagmieten en landijs.
 

In de reeds genoemde publicatie van De Jager, Duhau en van Geel (2010) trachten de auteurs het verband tussen de torroïdale en poloïdale componenten van de zonnedynamo en de oppervlakte temperatuur van de aarde kwantitatief beter te onderbouwen. Zij vergeleken daartoe temperatuurreeksen van de periode 1610-1970 met veranderingen in zonneactiviteit. Met name de Hale cyclus van 22 jaar, Lower Gleissberg cyclus van 70 jaar, de Upper Gleissberg cyclus van 100 jaar en de De Vries Cyclus van 205 jaar blijken goed te correleren met de gebruikte zeven temperatuurreeksen.

Aan de hand van die zeven temperatuurreeksen is vastgesteld dat de gemiddelde stijging van de globale temperatuur in de periode 1610—1970 0,087 °C/eeuw is geweest. Daarvan is 0,077 °C/eeuw gecorreleerd aan de torroïdale component van het magnetisch veld van de zon. De helft van deze 0,077 °C/eeuw wordt veroorzaakt door de toename van de TSI (Total Solar Irradiance) in deze periode, terwijl de andere helft veroorzaakt is door de positieve feedback van waterdamp als gevolg van de gestegen temperatuur.

Maar volgens de onderzoekers hebben de veranderingen van het magnetisch veld van de zon ook een negatieve component: de poloïdale component wordt geschat op -0,040 °C/eeuw. Daarvoor zijn vooral de sterke polaire zonnewinden verantwoordelijk, die op hun grootst zijn als het aantal zonnevlekken minimaal is. Tegelijk is de cosmic ray flux die de aarde bereikt groot. De door diverse onderzoekers aangedragen relatie met wolkvorming (Svensmark en anderen) is tot nu toe nog onvoldoende gestaafd.

Wat overblijft, als men de rekensom netjes volgt, is een positieve component van 0,051 °C/eeuw waarvoor de onderzoekers geen verklaring hebben: het is gecorreleerd aan ‘klimatologische processen’. Daarin kunnen forcings van antropogene oorsprong een rol spelen, maar ook natuurlijke processen van terrestrische oorsprong. Welke en in welke mate is nog onzeker. Conclusie: er komt steeds meer bewijs dat ‘solar forcing’ een belangrijke rol speelt bij klimaatveranderingen, en dat tegenkoppelingen de effecten versterken.

Bron: De Jager

Het dynamosysteem bevindt zich momenteel in een chaotische transitiefase, vergelijkbaar met periode vlak voor het Maunder Minimum. De Jager gaat er van uit dat dit komende Grote Minimum van het Maunder type zal zijn. In een recente publicatie legt hij uit op grond waarvan hij dit verwacht ( S. Duhau and C. de Jager, The Forthcoming Grand Minimum of Solar Activity, Journal of Cosmology, 2010, Vol 8, 1983-1999. ).

Op onderstaande grafieken is het verloop van Rmax en aamin te volgen.

Gastcolleges

Vandaag een wat meer beschouwende bijdrage. Ik heb gisteren 3 gastcolleges mogen geven op de hogeschool in Nijmegen. Het publiek bestond uit aankomende docenten aardrijkskunde en het thema was uiteraard klimaatverandering (in kritisch perspectief). Dat laatste is belangrijk, omdat ook aardrijkskundemethodes die in het voortgezet onderwijs gebruikt worden soms sterk leunen op de ‘main stream’ opvattingen over antropogene CO2-emissies en de catastrofale opwarming van de aarde die daar ‘’zonder twijfel’’ het gevolg van is.

Mijn grootste probleem bij de voorbereiding was de vraag welke onderdelen van klimaatverandering aan de orde moesten komen, uiteraard rekening houdend met het gemiddelde kennisniveau op dit gebied van de docenten in opleiding. Ik heb uiteindelijk gekozen om aan te haken bij het onderwerp CO2 dat ik in de vorige bijdrage heb uitgewerkt, maar vaak had ik de neiging om nog even dit of dat te laten zien. Op dergelijke momenten merk je pas goed hoe lastig het is om een ingewikkeld thema als klimaatverandering in een notendop uit te leggen. In versterkte mate geldt dat als het onderwerp aan de orde komt in mijn hoogste klassen van HAVO en VWO. Wat vertel je wel en wat niet?

Uiteindelijk moet je tot de conclusie komen dat je slechts in staat bent geweest contouren te schetsen van het thema klimaatverandering, en dat dit mensen die méér willen weten hopelijk aanzet zelf in de materie duiken. Maar dergelijke gastcolleges dienen behalve als informatieverschaffing over klimaatverandering ook nog een ander doel, namelijk mensen bewust maken van het feit dat enkelvoudige waarheden vaak niet bestaan, dat media niet waardevrij informatie geven en dat het in de wetenschap óók om geld en banen gaat. En voor aankomend docenten zeer belangrijk: dat de keuze van je bronnen (of het ontbreken van die keuze) bepaalt welke informatie je leerlingen krijgen en welke niet.

Het thema klimaatverandering leent zich welhaast bij uitstek voor dit laatste doel. Antropogene klimaatverandering is lange tijd het bastaardkind geweest uit het ongewenste huwelijk tussen wetenschap en politiek. De meeste media hebben lange tijd als een kip zonder kop achter de standaard opvattingen van het IPCC aangelopen zonder zich te verdiepen in de problematiek. Al Gore kreeg zelfs de Nobelprijs voor zijn arglistig docudrama. De loodzware schaduw van dit alles lag jarenlang als een apocalyptische dreiging over het thema en smoorde elk debat. Dat is veranderd door het uitlekken van emails van gerenommeerde klimatologen, Climategate genaamd. Sindsdien is er weer licht en lucht voor meer debat. En daar is alle reden toe lijkt me. Er valt nog zoveel te ontdekken in de klimatologie.
 

De stralingsbalans onder vuur deel 2: CO2 en temperatuur in het verleden

In de klassieke broeikastheorie zoals hier recent behandeld, speelt het broeikasgas CO2 een prominente rol (zie “De Feiten” onder “Klassieke Broeikastheorie”). CO2 heeft de eigenschap dat het langgolvige straling kan absorberen en emitteren. Op grond van deze eigenschap is de hypothese geformuleerd dat een stijgend CO2-gehalte van de atmosfeer de aarde kan opwarmen. De diverse in het laatste IPCC-rapport aangehaalde klimaatmodellen komen op een toename van de temperatuur door CO2-forcing van 1,5 tot maar liefst 6,5 °C.

Laboratoriumproeven toonden al in de jaren ’60 van de vorige eeuw aan dat een verdubbeling van CO2 een temperatuurtoename van 1,1 °C veroorzaakt. Berekeningen aan emissiespectra van langgolvige straling komen tot vergelijkbare resultaten (als álle andere factoren gelijk blijven). De hoge uitkomsten van klimaatmodellen zijn het gevolg van parameterisatie (schattingen) van met name het gedrag van waterdamp en van wolken in de atmosfeer. De vraag hoe goed die schattingen zijn zal ongetwijfeld de komende jaren stukje bij beetje beantwoord worden. Maar zelfs de genoemde toename van 1,1 °C bij verdubbeling van CO2 hoeft zeker niet de klimatologische uitkomst te zijn; daarvoor is het klimaat te complex.

In de klimatologische toekomst kijken is moeilijk, zo niet onmogelijk. Maar in het verleden kijken gaat heel aardig. De temperatuurmetingen gaan terug tot ongeveer 1850, sommige nog verder. Voor oudere data maken we gebruik van proxies, zoals ijskernen en sedimenten. Atmosferisch CO2 wordt vanaf 1958 gemeten op Hawaï. In de 19e eeuw werd CO2 hier en daar gemeten, maar niet systematisch. Dus ook voor CO2 geldt dat we voor vroegere periodes gebruik moeten maken van proxies.

De relatie CO2-temperatuur op Proterozoische tijdschaal

Hoe verder weg in de geschiedenis van de aarde, des te lastiger is het om een reconstructie te maken van het verloop van temperatuur en CO2-gehalte van de atmosfeer. De Proterozoische tijdschaal omvat het deel van de aardegeschiedenis waarion het begin van leven ontstaat. Het loopt van ongeveer 2,7 miljard jaar geleden tot 542 miljoenjaar geleden. Zo’n 2,7 miljard jaar geleden was er nog nauwelijks CO2 in de atmosfeer. Waarschijnlijk waren toen andere broeikasgassen dominant, zoals CH4. Die situatie veranderde 2,2 miljard jaar geleden, toen de aardse atmosfeer oxideerde. Vanaf dat moment werd CO2 belangrijker.

Bron: Kaufman

Kaufman e.a. (2003) pogen het CO2-gehalte tot 1,4 miljard jaar BP vast te stellen. Daartoe hebben ze gebruik gemaakt van koolstofisotopen in microfossielen uit een leisteenformatie in China van 1,4 miljard jaar oud. Ze berekenden dat het CO2-gehalte in deze periode tussen de 10x en 200x zo hoog was als het huidige CO2-gehalte. Over de aardse temperaturen in deze periode zijn weinig gegevens bekend, over een exacte relatie CO2- temperatuur derhalve ook niet. Maar het is vrij zeker dat de oceanen tot 3,5 miljard jaar geleden een groot deel van de tijd ijsvrij waren. De zonne-energie was in die allervroegste periode van de aardgeschiedenis ongeveer 30% kleiner dan momenteel, hetgeen bij de huidige hoeveelheid broeikasgassen waarschijnlijk zou leiden tot bevroren oceanen. Een van de hypotheses is dan ook dat de hoeveelheid broeikasgassen destijds veel groter is geweest dan momenteel. Kaufman gaat uit van verhoogde concentraties CO2 waardoor de aarde toch ijsvrij bleef.

Bron: Kaufman

Overigens staat nu wel vast dat er tijdens het Proterozoicum tenminste 2 glaciale periodes zijn geweest. Beide zijn in bovenstaande grafiek van Kaufman weergegeven. Men onderscheidt in de laatste weer twee afzonderlijke glacialen, namelijk het Sturtian glaciaal (~730 miljoen jaar BP) , en het Marinoan & Varangian glaciaal (~600 miljoen jaar geleden). Deze glacialen staan bekend als snowball earth, omdat de temperaturen zo laag waren dat de oceanen tot aan de evenaar bevroren waren. Dergelijke glaciaties zijn opmerkelijk omdat de CO2-gehaltes toen vele malen hoger waren dan momenteel.

Hoffman e.a. komen tot de conclusie dat vulkanische activiteit een eind maakte aan deze glacialen. Daarbij nam het CO2-gehalte toe tot 350x de huidige waarde!

De relatie CO2-temperatuur op Phanerozoische tijdschaal

De Phanerozoische of tektonische tijdschaal is de periode van het heden tot 542 miljoen jaar BP. Van deze periode is al veel meer bekend over het CO2-gehalte van de aardse atmosfeer, terwijl ook grove temperatuurreconstructies kunnen worden gedaan op basis van onder andere landijsbedekkingen. Het blijkt dat gedurende deze periode van ruim 500 miljoen jaar de aardse temperatuur schommelt tussen een warme fase (hot house) en een koude (ice house).

Onderstaande grafiek geeft het verloop van het atmosferische CO2-gehalte weer vanaf 545 miljoen jaar BP. Alhoewel de figuur anders doet vermoeden, zijn er slechts 2 onafhankelijke wetenschappelijke bronnen, namelijk de reconstructie volgens het GEOCARB3 model , en de reconstructie volgens Rothman.

Bron: wikipedia

Het GEOCARB3 model is een model waarin met behulp van een aantal parameters zoals verwering en temperatuur een reconstructie gemaakt is van het CO2-gehalte in de atmosfeer. Berner gaat uit van de veronderstelling dat er sprake is van een steady state van de koolstofstromen die tussen atmosfeer en oceanen aanwezig zijn. De verwering van silicaatgesteente is in het model de spil waar alles om draait.

Bron: gatech edu

Het model toont CO2 gehaltes die veel hoger zijn geweest dan de huidige. Lage CO2-gehaltes komen in het model redelijk goed overeen met relatief koude periodes in de aardgeschiedenis, zoals de glaciale periode op de overgang van Carboon en Perm 300 miljoen jaar geleden, en de huidige koude periode die halverwege het Tertiair begon (~30 miljoen jaar BP). Opvallend is dat de glaciale periode gedurende het Ordovicium , zo’n 440 miljoen jaar geleden, niet in het model terug te vinden zijn. Deze koude periode ging gepaard met relatief hoge CO2-gehaltes in het model. Er zijn diverse speculaties over de oorzaak van deze discrepantie, maar een deugdelijk verklarend mechanisme hiervoor is tot nu toe niet gevonden.

Bron: Rothman

In de figuur zijn op de bovenste as met een grijze balk de koude periodes weergegeven. Opvallend is dat Rothman op de overgang van Jura naar Krijt ( (ongeveer 140 miljoen jaar BP) wel een koude periode weergeeft, die in het GEOCARB3 model afwezig is. Rothman heeft gekeken of er een correlatie is tussen de gevonden CO2-waarden en de temperatuur op aarde, en vond geen verband. Hij schrijft: “ Because the long-term evolution of carbon dioxide levels depends similarly on weathering and magmatism, the relative fluctuations of CO2 levels are inferred from the shared fluctuations of the isotopic records. The resulting CO2 signal exhibits no systematic correspondence with the geologic record of climatic variations at tectonic time scales.”

Een derde bron benadert de relatie CO2-temperatuur op weer een andere wijze, en probeert een verband te leggen tussen CO2-gehalte en cosmic ray flux. Shaviv & Veizer hebben in 2003 onderzoek gedaan naar de correlatie tussen CRF (cosmic ray flux) en paleoklimatologische temperatuurreeksen. Op basis van hun bevindingen stellen zij: “We find that at least 66% of the variance in the paleotemperature trend could be attributed to CRF variations likely due to solar system passages through the spiral arms of the galaxy”.

Volgens het tweetal is CO2 dus niet de drijvende kracht achter de aardse temperatuur, maar is kosmische straling de belangrijkste factor. Maar minstens zo belangrijk is de conclusie: “…one interpretation of the above result could be that the global climate possesses a stabilizing negative feedback. A likely candidate for such a feedback is cloud cover (Lindzen, 1997; Ou, 2001). If so, it would imply that the water cycle is the thermostat of climate dynamics, acting both as a positive (water vapor) and negative (clouds) feedback, with the carbon cycle “piggybacking” on, and being modified by, the water cycle (Nemani et al., 2002; Lovett, 2002; Lee and Veizer, 2003).”

Voor uitgebreidere informatie over kosmische straling verwijs ik naar het hoofdstuk “Nieuwe Inzichten”. CO2-fluctuaties lijken dus eerder “mee te liften” op de fluctuaties in de kringloop van het water dan dat ze een drijvende forcing voor temperatuur zijn.

Bron: Shaviv & Veizer

Het PETM

Ongeveer 55 miljoen jaar geleden, in het vroeg-Tertiair, was er sprake van een kortstondige extreme verhoging in de aardse temperatuur. Die sterke opwarming gedurende deze Palaeocene/Eocene Thermal Maximum (PETM) wordt algemeen geassocieerd met een sterke stijging van met name CO2 in de atmosfeer. Maar die sterke stijging van de temperatuur is niet (alleen) te verklaren door een sterke stijging van CO2. Overigens was de extreme opwarming van relatief korte duur, namelijk ~ 170.000 jaar.

Bron: Pagani

Een bekende hypothese is het vrijkomen van grote hoeveelheden methaanhydraten van de bodem van de oceanen, waarbij CH4 in korte tijd omgezet zou zijn naar CO2. Pagani schreef in 2006 dat een oprisping van methaanhydraten alleen onmogelijk was, en dat er andere mechanismen aan het werk moeten zijn geweest om zeer grote hoeveelheden koolstof vrij te maken (zie figuur hierboven).

Helaas maakt Pagani de veelgemaakte fout door er van uit te gaan dat een sterke temperatuurstijging wel het werk moet zijn van sterk toegenomen broeikasgassen, daarmee mogelijke andere oorzaken veronachtzamend.

Bron: Sluijs e.a.

Sluijs e.a. publiceerden in 2006 een onderzoek op basis van sedimentboringen in de Arctische Zee. Ze concludeerden dat de sterke temperatuurstijging van 10 °C , waarbij watertemperaturen aan de Noordpool werden bereikt van meer dan 23 °C, onmogelijk alleen door broeikasgassen veroorzaakt kan zijn en dat andere factoren een cruciale rol moeten hebben gespeeld in deze plotselinge opwarming. Sluijs e.a. denken daarbij aan feedback mechanismen zoals polaire stratosferische wolken, of orkaan-geïnduceerde mengingen van oceaanwater.

In een publicatie van Sluijs e.a. in 2009 constateren de onderzoekers dat in het Antarctische gebied tijdens de PETM de oceaantemperaturen zelfs 30 °C waren. Vanwege die zeer hoge temperaturen op de polen ontbrak de temperatuurgradiënt tussen polen en tropen zoals wij die nu kennen: het was overal vrijwel even warm. De extreme , relatief korte opwarming verdween even snel als hij gekomen was. Zowel voor het snelle ontstaan als het snelle verdwijnen zijn tot nu toe geen plausibele verklaringen voorhanden.

CO2 en temperatuur gedurende het Kwartair

Het Kwartair is de periode die 2,5 miljoen jaar geleden begint en waarin we ons nog steeds bevinden. Het wordt gekenmerkt door een sterk schommelende temperatuur tussen koud (glacialen) en minder koud (interglacialen). De oorzaken van deze schommelingen zijn te vinden in de relatie tussen de zon en de aarde, zoals als eerste beschreven door de wiskundige Milankovic. Zie het hoofdstuk “Nieuwe Inzichten”.

Diverse ijskernen die op Groenland en Antarctica zijn aangeboord leveren gegevens over temperatuur en CO2-gehalte. Al Gore toonde in zijn documentaire An Inconvenient Truth een grafiek die in ieder geval leek op de data verkregen uit de Vostok kern op Antarctica.

 

Bron: An Inconvenient Truth

Hij kreeg de lachers in de zaal op zijn hand door te wijzen op de wel heel duidelijke correlatie tussen beide grootheden. Je moest toch wel een beetje gek zijn als je dat niet zag, nietwaar? En inderdaad, de correlatie is sterk:

Bron: Nature

Wat Al Gore niet zei, en misschien ook niet wist, is dat bij veel omslagpunten in de Vostokgrafiek de temperatuur een beetje voorliep op de CO2. Een time lag van 800 jaar wordt vaak genoemd, maar dat is eem grof gemiddelde. De tijdvertraging tussen temperatuur en CO2-gehalte varieert van ongeveer 200 jaar tot meer dan 1500 jaar. Dat ziet men niet als de totale temperatuur-CO2-reeks van de Vostok ijskern bekijkt. Maar als je “inzoomt” is dat wel te zien. Deze techniek, veranderen van schaal, wordt in de geografie vaak toegepast. Inzoomen vergroot de details, uitzoomen geeft je meer kijk op grootschalige patronen. Soms vergroot inzoomen je inzichten, soms uitzoomen.

Wanneer men de temperatuur- en CO2-data van dezelfde ijskern in detail bekijkt rond de overgang Weichselglaciaal – Holoceen, dan is duidelijk de time lag te zien bij een aantal markante omslagpunten (zie figuur hieronder).

Bron: Guy Leblanc

Petit et al. (1999) reconstrueerden oppervlaktetemperaturen en atmosferische CO2-concentraties uit de Vostok ijskern. De onderzoekers noteren: "The CO2 decrease lags the temperature decrease by several thousand years" en: "the same sequence of climate forcing operated during each termination."

Bron: UNEP

Indermühle e.a. vonden in hun studie uit 2000 een time lag van 1200 +/- 700 jaar in de Taylor Dome ijskern op Antarctica . Het betrof de periode van 60.000 – 20.000 BP.

In een vergelijkbare studie naar CO2-gehalte en temperatuur verkregen uit de Dome Concordia, Antarctica gedurende 22,000-9,000 BP vonden Monnin et al. (2001) dat er een time lag is tussen temperatuur en CO2 van zo’n 800 jaar. Monin e.a. stellen bovendien: “The close correlation between CO2 concentration and Antarctic temperature indicates that the Southern Ocean played an important role in causing the CO2 increase. ” .

In 2001 publiceerde Mudelsee over de relatie CO2-temperatuur in de Vostok ijskern, en concludeerde dat er een time lag is van 1300 tot 1500 jaar. Onderstaande grafiek toont de door hem gevonden time lag:

Bron: Mudelsee

In 2003 publiceerden Caillon e.a. een studie over de timing van CO2 en temperatuur op de scherpe overgang van het interglaciaal (in West Europa het Oostermeer-interglaciaal genoemd) naar de Saale-ijstijd, zo’n 240.000 jaar geleden. Conclusie: “The sequence of events during Termination III suggests that the CO2 increase lagged Antarctic deglacial warming by 800 - 200 years and preceded the Northern Hemisphere deglaciation”.

Al met al mag geconcludeerd worden dat de time lag tussen temperatuur en CO2-gehalte in het Pleistoceen zeer goed gedocumenteerd is. Het CO2-gehalte volgt de temperatuurstijgingen en –dalingen, en niet andersom. De vraag blijft natuurlijk hoe dit mechanisme werkt. Met andere woorden: op welke wijze veroorzaakt een koudere oceaan lagere CO2-gehaltes en andersom?

Bron: windows2universe

Een voor de hand liggende verklaring is dat CO2 beter oplosbaar is in kouder water dan in warmer water. Op deze wijze zou dus een deel van het atmosferische CO2 tijdens glacialen oplossen in water. Bij 1 atmosfeer druk ,een watertemperatuur van 15 °C (= de huidige gemiddelde wereldtemperatuur) en het huidige atmosferische CO2-gehalte is er 0,78 mg CO2 per liter water opgelost. Als die temperatuur daalt naar 10 °C dan stijgt het opgeloste CO2 naar 0,92 mg/l bij gelijkblijvend atmosferisch gehalte.

In werkelijkheid verandert het CO2-gehalte in de atmosfeer natuurlijk ook als dat in de oceanen stijgt of daalt. Bovendien gelden de gekozen watertemperaturen slechts voor de bovenste paar honderd meter, de zogenaamde mixed layer. Daaronder daalt de temperatuur snel, en dieper dan 1500 m is het oceaanwater gemiddeld 2 °C. Het is duidelijk dat de oplosbaarheid van CO2 in oceaanwater dus ook afhankelijk is van menging tussen het water aan de oppervlakte en op grotere diepte.

In onderstaande figuur van de pre-industriële koolstofkringloop is te zien dat de totale hoeveelheid C in de diepere oceaan ongeveer 55x groter is dan in het oppervlakkige deel.

 

Bron: Sigman en Boyle

Een aantal wetenschappers is er van overtuigd dat de veranderende oplosbaarheid in water niet de enige verklarende factor kan zijn voor de schommelingen in het CO2-gehalte gedurende het Kwartair. Sigman en Boyle publiceerden in Nature in 2000 een artikel (“Glacial/interglacial variations in atmospheric carbon dioxide”) waarin zij een verklaring trachten te vinden voor de CO2-schommelingen in het Kwartair. Ze gaan ervan uit dat de glaciale-interglaciale temperatuurschommelingen een fluctuatie van het atmosferische CO2 hebben kunnen veroorzaakt van ongeveer 30 ppm. Bovendien is tijdens glacialen het zoutgehalte in de oceanen hoger dan normaal, hetgeen de oplosbaarheid van CO2 vermindert . Al met al zijn de temperatuurfluctuaties niet voldoende om als volledige verklaring te kunnen dienen.

Sigman en Boyle menen dat de oplossing gezocht moet worden in de zogenaamde “biological pump”. Dat is een deel van de koolstofcyclus waarbij organisch koolstof gevormd wordt in het bovenste deel van de oceanen. Een variërende biologische productie in combinatie met veranderingen in de vorming van calciumcarbonaat dat neerslaat vormen volgens de onderzoekers een positieve tegenkoppeling van temperatuurschommelingen in het Kwartair.

Bron: Stott

In een interview in ScienceDaily in 2007 zegt Stott: " I don't want anyone to leave thinking that this is evidence that CO2 doesn't affect climate. It does, but the important point is that CO2 is not the beginning and end of climate change." Ik denk dat Stott met deze uitspraak de spijker op zijn kop slaat. CO2 is een broeikasgas en heeft als zodanig invloed op de energiebalans van de aarde. Maar dat wil nog niet zeggen dat atmosferisch CO2 de “major trigger” is voor klimaatverandering. De bovenstaande publicaties tonen dat glashelder aan.

Ter afsluiting een grafiek die het verloop van temperatuur en atmosferisch CO2-gehalte weergeeft gedurende het Phanerozoicum. De temperatuurreeks is gebaseerd op Scotese, de CO2-reeks op Berner.

1-3-2011

Windsnelheid neemt af, windmolenbouw ook

Het aantal gebouwde windmolens in Nederland is de afgelopen 2 jaren flink minder geworden. Was in 2008 de gebouwde capaciteit nog tamelijk hoog met 400 megawatt aan geïnstalleerd vermogen, in 2009 zakte dat in tot 75 megawatt en in 2010 tot 30 megawatt. Tegelijk daalde de gemiddelde windenergie in ons land ook fors, zoals onderstaande grafiek laat zien.

Er waren al langer vermoedens dat de windsnelheid op veel plaatsen aan het afnemen is. De Franse onderzoekers hebben nu statistisch vastgesteld dat dit werkelijkheid is. En de geconstateerde afname tot 15% is erg fors. Over de oorzaken van dit fenomeen zijn de Fransen voorlopig nog wat voorzichtig. Toch denken ze dat die afname verklaard kan worden uit een tweetal factoren .

In de eerste plaats is het totaal oppervlak van bos op het noordelijk halfrond flink toegenomen. In China en Europa groeide het bos zelf met 1,5% per jaar. Door bosaanplant wordt de wrijving die de wind aan het aardoppervlak ondervindt groter, waardoor de snelheid afneemt. Dit zou voor 20 tot 60% de afname verklaren. Een tweede verklaring is een verandering in luchtdruk, waardoor het luchtcirculatiesysteem wordt beïnvloed. Dit zou voor 10 tot 50% verantwoordelijk zijn voor de afnemende windsnelheden.

Met name deze laatste factor is wel pikant, omdat door klimaatalarmisten vaak de suggestie is gewekt dat vanwege de opwarming van de aarde de windsnelheden zouden oplopen en onze planeet in toenemende mate geteisterd zou worden door hevige stormen. Enkele jaren geleden deed Trenberth , kopstuk van het IPCC, nog een dergelijke suggestie tijdens een persbijeenkomst. In het hoofdstuk “Dogma’s” hebben we in de paragraaf “Meer natuurrampen” al aangetoond dat recente studies wijzen op een afname van de stormenergie in plaats van toename op het noordelijk halfrond. De afname van de gemiddelde windsnelheid past goed in het beeld dat die studies al opriepen.

 

Op bovenstaande grafieken van windsnelheidanomalieën (afwijkingen) is goed te zien dat de windsnelheid aan het aardoppervlak (zwarte lijn) in alle vier de regios, Europa, Centraal Azie, Oost Azie en Noord Amerika sinds 1979 flink afgenomen is. Voor de windmolensector is dit geen goed nieuws. Weliswaar betreft het hier de windsnelheden op 10m hoogte, maar met name de factor veranderend luchtcirculatiepatroon kan ook op windmolenhoogte effecten hebben. Als de trend van windsnelheidsafname doorzet zouden de verwachte opbrengsten van deze schone energiebron wel eens fors kunnen gaan teruglopen.

Voorlopig echter is de belangrijkste factor op de windenergiemarkt niet de windsnelheid maar de overheidsubsidie. Zolang die rijkelijk blijft vloeien zal het voor sommige lieden aantrekkelijk blijven om windmolens te bouwen. De handelingsruimte voor de rijksoverheid in deze subsidieregeling is beperkt. Europese regelgeving zorgt er voor dat nationale overheden niet zomaar hun riante subsidieregelingen kunnen intrekken.

Bron: Richard B. Alley

Het Younger Dryas markeert de overgang van het laatste glaciaal, Weichselien, naar het Holoceen waarin we nu leven. Op bovenstaande figuur is duidelijk het Younger Dryas waar te nemen als een ferme duikeling van de temperatuur. Het betreft data van de bekende GRID2 ijskern uit Groenland. Het stadiaal begint 12.993 jaar BP en eindigt 11.496 jaar BP na een wonderbaarlijk snelle stijging van meer dan 10 °C in nog geen 260 jaar. Dat is dus wel even wat anders dan 0,6 °C in 100 jaar.

Voor dergelijke temperatuurreconstructies zijn we afhankelijk van zogenaamde proxies, waarbij de temperatuur afgeleid wordt van andere data. In dit geval is de temperatuurreeks verkregen met behulp van een ijsboring, GRID2 op Groenland. Deze ijskern komt uit centraal Groenland en is midden jaren ’90 aangeboord tot een diepte van 3040 meter vanaf het oppervlak. Daarmee beslaat de boring een periode van ruim 114.000 jaar. Van de laatste ruim 49.00 jaar is de temperatuur gereconstrueerd. Men maakt daarbij gebruik van de aanwezigheid van stabiele isotopen van waterstof (δD , Deuterium) en zuurstof (δ18O) die als proxies dienen voor de reconstructie van de temperatuur. De temperatuurreconstructie op deze wijze is tamelijk nauwkeurig: voor het Younger Dryas zijn de afwijkingen maximaal 1% (Richard B. Alley 2004). Dit koude stadiaal (Younger Dryas) is een fenomeen dat zich op dat moment alleen op het noordelijk halfrond voordoet. Het zuidelijk halfrond kent dan een tegengestelde temperatuurbeweging. Deze koppeling tussen noordelijk en zuidelijk halfrond is een bekend fenomeen, en wordt algemeen gezien als de resultante van een vertragende AMOC. AMOC staat voor ‘Atlantic meridional overturning circulation’ , de zuid-noord gerichte zeestroom in de Atlantische Oceaan.

De Golfstroom en de Noord-Atlantische Driftstroom zijn daar een onderdeel van. Afzwakken van de AMOC betekent afkoeling op het noordelijk halfrond en opwarming van het zuidelijk halfrond, de zogenaamde ‘bipolar seesaw’ (Clark e.a. 2002).

 

Bron: Tarasov & Peltier 2005

Over de vraag wat die afzwakking van de AMOC veroorzaakt is nog veel gesteggel onder wetenschappers. Een van de mogelijk oorzaken is het ‘leeglopen’ in de Atlantische Oceaan van een reusachtig zoetwatermeer, Lake Agassiz, dat zich in Canada onder de Keewatin ijskap bevond ( Lowell e.a. 2009 ). Maar andere studies spreken dat weer tegen, of zien een leeglopen in de Arctische Zee in plaats van Atlantische Oceaan. Ook komeetinslagen worden in verband gebracht met de plotselinge afkoeling in het Younger Dryas. Zo vonden Melott e.a. in 2010 aanwijzingen voor een dergelijke komeetinslag. Op onderstaande figuur uit de studie van Melott e.a. is te zien dat het Younger Dryas gepaard gaat met een verhoging van het nitraat- en ammoniumgehalte. Volgens de schrijvers kunnen deze verhogingen het gevolg zijn van een komeetinslag.

Bron: Melott e.a.

Bovenstaande sterke afkoeling en opwarming aan het begin en einde van het Younger Dryas kunnen afgedaan worden als een eenmalige gebeurtenis, maar we weten dat tijdens het Weichsel-glaciaal dergelijke plotselinge opwarmingen en afkoelingen veel vaker voorkwamen. Op basis van de data van de GRID2-boring van Richard B. Alley heb ik een Excelbestandje gemaakt en een grafiekje geproduceerd. De data van de ijskern zijn vrij toegankelijk op de site van NOAA.

 

Het Younger Dryas is weergegeven met behulp van de grijze balk. Alle delen van de temperatuurreeks vanaf het begin van de reeks t/m Younger Dryas die een temperatuurstijging vertonen groter dan 0,6 °C/100 jaar en langer duren dan 100 jaar zijn rood gekleurd. Wat opvalt is dat er niet alleen erg veel periodes zijn met een sterke temperatuurstijging ( in totaal 29 tussen 50,000 jaar BP en 10.000 jaar BP), maar dat er ook een zekere regelmaat in de pieken valt waar te nemen. Dat laatste is een mooi onderwerp voor een andere keer.

Het temperatuurverloop tijdens het Holoceen is veel rustiger dan tijdens de glaciale periode. Maar als we inzoomen op het Holoceen dan zien we het volgende:

De stralingsbalans onder vuur, deel 1

Er is het een en ander aan te merken op de ‘klassieke’ stralingsbalans en daarmee op de broeikastheorie die ik de afgelopen weken op deze site uit de doeken heb gedaan. Die stralingsbalans van de wetenschapper Trenberth staat hieronder nogmaals afgebeeld. Deze stralingsbalans vormt de basis voor een stroom van artikelen over het broeikaseffect, en ook voor de laatste twee rapporten van het IPCC, het derde en het vierde rapport. Ik ga de komende tijd proberen gefundeerde kritiek op een rijtje te zetten. In dit eerste deel staat de input van de stralingsbalans van Trenberth centraal, namelijk de inkomende zonnestraling.

Bron: Trenberth

De klassiek opvatting is als volgt: De zonneconstante is 1366 W/m^2. Hieraan hoeft niet getwijfeld te worden. Dat betekent dat op een vlak dat loodrecht staat op de zonnestraling en zich op dezelfde afstand van de zon bevindt als de aarde, per vierkante meter 1366 Watt aan stralingsenergie valt. Die 1366 W/m^2 is overigens niet zo constant als de naam doet vermoeden: lichte schommelingen met een periodiciteit van 10 a 11 jaar zijn normaal, zoals onderstaande figuur toont.

Bron: Wikipedia

Vanwege de excentriciteit van de baan van de aarde rond de zon met een periodiciteit van 100. 000 jaar (zie Milanković in het hoofdstuk onder De Feiten) schommelt de zonneconstante op enig moment, namelijk van 1412 W/m² in januari tot 1312 W/m² in juli. Voor ons doel, de stralingsbalans op dit moment, kunnen we uitgaan van 1366 W/m^2 zonder grote fouten te maken.

Deze zonneconstante is, zoals ik al schreef, de hoeveelheid energie op een plat vlak. In werkelijkheid is de aarde geen plat vlak , maar een bol. Wat voor consequenties dat heeft is duidelijk: een bol heeft een 4x zo grote oppervlakte als een schijf met dezelfde straal. De oppervlakte van een ronde schijf met straal r is immers ᴫr^2, die van een bol is 4 ᴫr^2.

 

Bron: Slaying the Sky Dragon

Rekenkundig bezien valt er daarom gemiddeld op elke m^2 op de bol die aarde heet dus 1366/4 = 341,5 W. Herkent u dat laatste getal? Juist het is de (afgeronde) 341 W/m^2 die in de stralingsbalans van Trenberth de input vormt aan de buitenzijde van de atmosfeer.

Wil men nu uit deze 341 W/m^2 de gemiddelde temperatuur op aarde berekenen, dan is het wel nodig om rekening te houden met het deel van het zonlicht dat reflecteert en dus de aarde niet kan verwarmen. De albedo is ongeveer 0,3. Dus 0,7 x 341 = 239 W/m^2. Men gaat bij deze berekeningen er altijd van uit dat de aarde een zwart lichaam is. Met behulp van de Stefan-Bolzmannvergelijking is nu de gemiddeld maximale temperatuur te berekenen: K^4= 239/ 5,67 x 10 ^-8, en dat wordt 255 K. Dat is dus die -18 °C zonder broeikasgassen.

Tot zo ver niets aan de hand, lijkt het. Maar zo simpel is het in werkelijkheid niet. Want aan het berekeningentje hierboven is al te zien dat tussen de temperatuur in K en de toegevoerde energie geen lineair verband bestaat maar een verband met een vierde macht. Met andere woorden: als er Y hoeveelheid stralingsenergie nodig is om een object een temperatuur K te geven, dan is 16 maal Y nodig om datzelfde object een temperatuur 2K te geven! En dat heeft gevolgen voor de opwarming van de aarde.

In het intrigerende e-book “Slaying the Sky Dragon” dat onlangs is verschenen en dat al veel stof heeft doen opwaaien, wordt deze kwestie van de inkomende straling uitgebreid behandeld.

Om in te kunnen zien wat het verschil is tussen de theoretisch-wiskundige berekening van de inkomende energie en de werkelijkheid doen we een gedachte-experiment. Stel dat de warmtecapaciteit van de aarde 0 is, en de warmtegeleidbaarheid ook. En dat de aarde heel langzaam rond zijn as draait. Dan zou de temperatuur aan het aardoppervlak gedurende 2 omwentelingen het volgende verloop kennen:

Bron: A Greenhouse Effect on the Moon?

De verklaring hiervoor is de volgende: slechts de halve bol vangt het zonlicht op, de andere helft is in duisternis gehuld. Indien de aarde een schijf zou zijn , dan valt er op de gehele schijf 1366 W/m^2. Met behulp van de Stefan-Bolzmannvergelijking, kan men de geabsorbeerde stralingsenergie van een zwart lichaam omrekenen naar temperatuur. Dat levert een maximale temperatuur op van (1366 /5,67)^0,25 x 100 = 394 K . Die 394 K zal overal op de schijf aanwezig zijn, dus de maximale temperatuur is meteen de gemiddelde temperatuur.

Maar bij een bol werkt dit anders. De verlichte helft heeft een oppervlak van 2 ᴫr^2, dus er valt aan de buitenzijde van de atmosfeer op 1 m^2 gemiddeld 1366/2 = 683 W/m^2. Omgerekend naar de gemiddelde maximale temperatuur levert dat op: (683/ 5,67)^0,25 x 100 , een temperatuur van 331 K. Dat is de gemiddelde temperatuur van de verlichte helft. Omdat de halve bol sferisch is, is er maar 1 plek waar het zonlicht loodrecht invalt. Daar vangt de halve bol dus de maximale hoeveelheid stralingsenergie en wordt de temperatuur maximaal ( 394 K) op alle andere plekken op de verlichte helft is dat minder en loopt dat terug tot 3 K op de grens van licht en donker. Dit komt exact overeen met de cijfers uit een rapport van de NASA, “An Analysis and Procedure for Determining Space Environmental Sink Temperatures With Selected Computational Results”.

De achterzijde van de bol ontvangt 0 W/m^2, en heeft dus een temperatuur van 0 K. In werkelijkheid kan de temperatuur aan de schaduwzijde niet verder dalen dan de zogenaamde achtergrondstraling van het helaal, die is ongeveer 3 K. Gemiddeld voor de hele bol is dat dus 331 + 3 = 334/2 = 167 K. Vergelijk dat eens met de 255 K van de stralingsbalans.

NASA heeft theoretische berekeningen gemaakt van de temperaturen op de maan, en ze ook kunnen vergelijken met de meetgegevens door de satelliet Diviner. Nu wijken de voorspelde temperaturen op de maan behoorlijk af van de theoretisch berekende, zoals hierboven beschreven. Zo zorgt de opslag van warmte in de maan er voor dat een deel van de stralingsenergie die op het verlichte deel valt niet direct wordt omgezet in een (hoge) oppervlaktetemperatuur, maar gebruikt wordt om de maan op te warmen. Er ontstaat dus een buffer van warmte. Dat bufferen van warmte zorgt er voor dat de maximale temperatuur lager zal zijn dan 394 K, en ook de gemiddelde temperatuur lager zal zijn dan 331 K.

Bron: A Greenhouse Effect on the Moon?

Aan de andere kant zorgt de gebufferde warmte er voor dat aan de schaduwkant de afkoeling langzaam plaats vindt, en de theoretische 3 K bij lange na niet bereikt wordt. Voordat de donkere zijde kan afkoelen tot 3 K is de maannacht (ongeveer 2 weken) al weer voorbij en warmt het oppervlak op. Op boventaande figuur is het berekende verloop weergegeven met de blauwe lijn. De rode lijn is de gemeten temperatuur aan het maanoppervlak.

Er valt op dat het warmste punt van de (maan-)dag zich niet bevind als de zon het hoogst aan de maanhemel staat , maar later in de maanmiddag. Zo is dat op aarde ook. Zoals te zien is wijkt de gemeten temperatuur af van de berekende, onder andere vanwege de afwijkende warmtegeleidbaarheid van de maan. Op het verlichte deel is de gemeten temperatuur wat lager dan de berekende. Overigens is de maximaal berekende temperatuur iets lager dan de hiervoor al berekende 394 K, omdat rekening gehouden is met de albedo van de maan van 0,11. De laagste gemeten temperaturen op de maan vallen opmerkelijk hoger uit dan de berekende. Oorzaak is de warmtestraling van de aarde. De gemeten temperatuur op de maan valt in het verlichte deel 20 K lager uit dan berekend, en in het donkere deel zelfs 40 K hoger!

De metingen aan de maantemperatuur worden verricht door de Diviner Lunar Radiometer, een van de 7 meetinstrumenten aan boord van NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter. Hieronder zijn impressies afgebeeld van de gemeten temperatuur aan de verlichte en donkere zijde van de maan.

Bron: UCLA

We zagen hiervoor al wat de theoretische maximum en gemiddelde temperaturen van de aarde zijn. Rekening houdend met de aardse albedo van 0,3 levert dat een maximale temperatuur op van ((1366 X 0,7)/5,67)^0,25 x 100 = 360 K . Voor de aarde als bol wordt de gemiddelde temperatuur van het verlichte deel: ((1366/2)/ 5.67x0,7))^0,25 x 100 = 303 K. De achterzijde wordt 3 K . De gemiddelde temperatuur van de gehele bol is dus 303 + 3= 306/2= 153 K.

De werkelijke aarde slaat energie op in water en land, en staat dat ook weer langzaam af. Warmtecapaciteit, warmtegeleiding en oceaanstroming bepalen dan samen met de omloopsnelheid van de aarde hoe het temperatuurverloop er uit gaat zien. De aarde draait met een pittige snelheid (in 24 uur) een keer rond zijn as, waardoor de opwarming niet maximaal wordt en de afkoeling bij een relatief hoge temperatuur blijft steken. Bovendien bestaat het aardoppervlak voor 70% uit water, dat een enorme buffercapaciteit heeft voor warmte. De buffercapaciteit van de aarde is vele malen groter dan die van de maan met zijn stenige oppervlak.

Onderstaande figuur geeft een impressie wat dit voor gevolgen kan hebben voor het verloop van de temperatuur op aarde. Vanwege de enorme buffercapaciteit van met name de oceanen zal de blauwe lijn in werkelijkheid een veel vlakker verloop hebben dan weergegeven.

Bron: Slaying the Sky Dragon

Conclusies: de berekening van de gemiddelde temperatuur op aarde is op basis van de eenvoudige berekening zonneconstante/4 : 1366/4= 341,5 W/m^2 . Rekening houdend met de albedo van 0,3 krijgt men dan: 341,5 x 0,7 = 239 W/m^2. Dit is het getal dat aan de basis staat van de stralingsbalans van Trenberth, die al meer dan 10 jaar als uitgangspunt genomen wordt als het om de energiestromen van de aarde gaat.

Op basis van hetgeen hiervoor is beschreven mag geconcludeerd worden dat deze berekening onjuist is. Belangrijkste oorzaak daarvan is dat de aarde altijd een verlichte en een donkere zijde heeft, en dat het verband tussen energie en temperatuur niet lineair is maar met een vierde macht verloopt. Bovendien wijzen metingen aan de maan erop , dat er nog meer complicerende factoren zijn waardoor het uiteindelijke temperatuurverloop anders is dan de theoretisch berekende.

Het wordt nog merkwaardiger als men bedenkt dat de output van Trenberth's stralingsbalans "kloppend" gemaakt is op basis van de verkeerde input. En dat de hiervoor uitgebreid beschreven broeikastheorie er van uitgaat dat een eventuele onbalans tussen de inkomende zonnestraling (input) en de uitgaande warmtestraling (output) als gevolg van een toenemend CO2-gehalte gecorrigeerd wordt door een stijging van de oppervlaktetemperatuur. Met recht mag men hier vragen: over welke input en output gaat het hier?

Een volgende keer meer.
 

22-1-2011

Hoe heeft de  gemiddelde temperatuur op aarde zich het afgelopen decennium ontwikkeld?

Een interessante vraag, zeker gezien de alarmerende voorspellingen van het IPCC enkele jaren geleden. Op 28 december j.l. heb ik het volgende statement uit een persbericht van MeteoVista/weeronline.nl  aan de orde gesteld: “Nederland warmt ongeveer twee keer zo snel op als het mondiale gemiddelde. Het is in 10 jaar tijd gemiddeld 0,42 graden warmer geworden.” 

Trouwe lezers hebben toen met eigen ogen kunnen aanschouwen dat van die vermeende 0,42 °C opwarming van ons land in het afgelopen decennium helemaal niets overbleef. De Bilt vertoont zelfs al 14 jaar lang geen opwarming meer. Een schokkend amateuristische interpretatie van klimaatgegevens door 2 medewerkers van MeteoVista was de oorzaak. Maar hoe zit het nu met de opwarming van de aarde als geheel? Volgens diezelfde onderzoekers is de aarde  tussen 1 januari 2001 en 31 december 2010 ongeveer 0,2 °C o

 pgewarmd.  Klopt dat? Nu alle grote klimaatorganisaties die zich bezighouden met het berekenen van de globale temperatuur hun rekenwerk gedaan hebben kunnen we de resultaten bekijken:

                                Bron: NCDC NOAA         base period:  1901-2000         temp.tendens:     + 0,013 °C 


 

                                   Bron: HadCRUT3v           base period:  1961-1990       temp.tendens:   - 0,052 °C 

                                    Bron: RSS MSU         base period:  1979-1998        temp.tendens:    + 0,032 °C


 

                                         Bron: UAH           base period:  1981-2010         temp.tendens:    + 0,089 °C 

In alle grafieken gaat het niet om absolute temperaturen, maar om anomalieën, afwijkingen in °C  ten opzichte van een bepaalde referentieperiode. Die betreffende periode is onder elke grafiek aangegeven als “base period”.  De blauwe lijn geeft het verloop van de maandgemiddelden weer in de periode 1 januari 2001 t/m 31 december 2010.   De zwarte lijn is de zogenaamde lineaire trendlijn, de lijn die aangeeft in welke mate de temperatuur in de aangegeven periode van 10 jaar is veranderd, dus wat de temperatuurtendens is in dit decennium.

Wat direct opvalt is dat er geen enkele grafiek de 0,2 °C stijging haalt die MeteoVista gebruikt in haar persbericht. Zelfs GISS NASA, die van de betrokken organisaties veruit de sterkste opwarming vertoont, haalt net een stijging van 0,15 °C. De andere organisaties halen waarden die net boven 0 zitten, HadCRUT berekent zelfs een hele lichte afkoeling het afgelopen decennium. Kortom: de afwezigheid van enige opwarming in Nederland wijkt nauwelijks af van wat de meeste van de organisaties voor de wereldtemperatuur hebben berekend.

De eerste 3 grafieken zijn gebaseerd op thermometermetingen, de laatste 2 op satellietgegevens. Hoe zijn nu de verschillen tussen de diverse grafieken te verklaren? Allereerst omdat de referentieperiodes van de orgasnisaties onderling verschillen. Maar er zijn nog meer factoren. Om met de satellietgegevens te beginnen: Zowel RSS als UAH maken gebruik van dezelfde data van dezelfde satelliet. Een gemiddelde wereldtemperatuur per tijdseenheid levert zo’n satelliet echter niet, die moet berekend worden uit een enorme hoeveelheid cijfers. En die wijze van berekenen verschilt tussen beide organisaties, en daarmee ook de uitkomsten van de temperatuurreeksen.

Voor wat betreft de eerste 3 grafieken, die gebaseerd zijn op thermometermetingen, ontstaan merkwaardigerwijs ook  verschillen. Hoe kan dat? In de eerste plaats zijn de meetnetten niet helemaal gelijk. Er zijn veel meer meetstations dan die gebruikt worden voor het berekenen van de globale temperatuur. De keuze welke meetstations wel gebruikt worden en welke niet heeft invloed op de uitkomst. Daar is al veel over geschreven de afgelopen jaren.

Bovendien dekken de meetstations slechts een deel van de aarde. Zo zijn de meeste stations te vinden in de rijkere landen, in gebieden met een hoge bevolkingsdichtheid. Andere gebieden leveren daarentegen nauwelijks data. Oceanen zijn daar een goed voorbeeld van , maar ook de poolgebieden, berggebieden en woestijnen leveren zeer spaarzaam data. Elke organisatie heeft zijn eigen methode om de “gaten”  in het meetnet te vullen met geschatte temperaturen. Met name GISS NASA gebruikt daarvoor een methode die niet onomstreden is.

Tenslotte is er de homogenisatie van de ruwe meetgegevens, die tot doel heeft meetfouten als gevolg van bijvoorbeeld meetpuntverplaatsing en UHI-effect te neutraliseren. Niet elke organisatie doet dat op even doorzichtige wijze.  Al diverse malen heb ik over de bizarre homogenisatiemethode van GISS NASA geschreven. Zie  hiervoor het hoofdstuk “De Feiten”, en dan de paragraaf “Meten is Weten” over de merkwaardige wijze waarop GISS bijvoorbeeld de temperatuurreeks van De Bilt homogeniseert. 

Op de gegevens van GISS NASA na liggen alle trendlijnen nagenoeg op 0, dus geen verdere opwarming van de aarde de afgelopen 10 jaar. Dat is voor de ontwikkelingen van de temperatuur in de nabije toekomst veel interessanter dan de veel gelezen constatering dat het afgelopen decennium “het warmste sinds 1880”  was. 
 

Overpeinzingen over de stralingsbalans en het broeikaseffect  deel 4

Als u "rauw"  in dit onderwerp valt, dan raad ik aan om eerst de delen 1 t/m 3 van deze overpeinzingen te lezen. Alle delen zijn aan elkaar "geplakt"  in het hoofdstuk  "Broeikaseffect"  onder "De Feiten"  (zie menu).

Alle langgolvige straling verlaat uiteindelijk de aarde en atmosfeer, met een energieniveau van 239 W/m^2, gelijk aan de gemiddelde geabsorbeerde kortgolvige straling.  Dat komt, zoals we al zagen,  overeen met een temperatuur van de aarde van 255 K ( -18 °C). Maar de atmosfeer is niet transparant voor langgolvige straling zoals we al zagen. Wat dat voor gevolgen heeft gaan we nu bezien.

Stel dat de atmosfeer wel het atmosferisch venster heeft , maar dat het voor de banden daarbuiten 100% opaak (ondoorzichtig) is.   Hoe zou het spectrum er dan uit zien? Dat zou betekenen dat de aarde haar warmte alleen door het relatief smalle venster van 8 tot 14 μm kwijt kan raken. Om dat mogelijk te maken zal de temperatuur van het aardoppervlak flink omhoog moeten, wel tot zo’n 50  °C. Waarom is dat logisch?

Let eens op de verticale as van bovenstaande grafiek, de laatste grafiek uit deel 3 van 4 januari j.l. .  De eenheid is W/^2/ μm. Dat betekent dat voor elke band van 1 μm breed in de grafiek afgelezen kan worden hoeveel W/m^2 uitgestraald wordt op TOA niveau, voor een lichaam met een temperatuur van -18 °C.  De totale oppervlakte van de kromme geeft dus de totale hoeveelheid  uitgestraalde  energie weer over alle banden. Maak ik de breedte van die oppervlakte smaller, dan moet, om dezelfde hoeveelheid energie uit te kunnen stralen, de energie-inhoud per 1 μm-bandje omhoog, en daarmee de grafiek. En bij een hogere grafiek hoort een hogere temperatuur van het uitstralende object. De buitenzijde van de aarde wordt om dit mogelijk te maken, “vanzelf” meer dan  50 °C.  Zie de grafiek hieronder.

Vanzelfsprekend wijkt de werkelijkheid af van bovenstaand gedachte-experiment. Immers, voor de banden buiten het atmosferisch venster is de atmosfeer niet volledig ondoorzichtig. En die transparantie neemt toe met de hoogte: immers, de dichtheid van de atmosfeer neemt sterk af naarmate men hoger komt. Op  ruim 5 km hoogte is de luchtdruk nog maar de helft van die aan het aardoppervlak,  op 10 km hoogte  is de luchtdruk nog maar 1/5 van die aan het aardoppervlak. Voor langgolvige straling die buiten het atmosferisch venster wil ontsnappen betekent dat de transparantie op 5 km hoogte 2x zo groot is als aan het aardoppervlak. Op 15 km hoogte zijn er nog weinig broeikasgasmoleculen die een ongehinderde uitstraling naar de ruimte belemmeren.

Voor het uitstralen van warmte naar de ruimte, de enige manier voor de aarde om uiteindelijk warmte kwijt te raken, zijn dus grofweg de onderste  15 km van de atmosfeer van belang. Elke “laag” in de troposfeer heeft  dus zijn “eigen”  transparantie voor wat betreft uitstraling  naar boven. Hoe hoger je komt des te makkelijker dat gaat.  Let wel:  de temperatuur neemt met de hoogte af  met gemiddeld -6,5  °C, de lapse rate. De gevolgen daarvan zullen we verderop nog zien.

                                                            Bron: John M.Wallace, Atmospheric Science

Om te begrijpen wat broeikasgassen doen is het dus noodzakelijk om de atmosfeer niet als 1 laag te beschouwen, maar uit een (schier oneindig) aantal laagjes.  Maar om te begrijpen wat er gebeurt in die vele laagjes is een beetje lastig, dus is het verstandig om net te doen alsof de atmosfeer maar uit enkele lagen bestaat, zeg 4 lagen. Wat gebeurt er nu in die 4 lagen met de langgolvige warmtestraling die van de aarde komt?

In onderstaande tekening is dat modelmatig weergegeven. Het betreft de naar buiten gerichte stroom langgolvige straling buiten het atmosferisch venster.  Let op: dit is een sterk vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid. De gebruikte waarden zijn fictief. Alleen opwaartse langgolvige straling is weergegeven. Zoals te zien is, is de transparantie voor langgolvige straling beter hoger naarmate de uitstralende laag zich hoger in de atmosfeer bevindt. Anders gezegd: de opaciteit van de atmosfeer is het grootst nabij het aardoppervlak. Dat is het gevolg van het feit dat de atmosfeer dunner wordt naarmate je hoger komt, en ook omdat er relatief minder broeikasgassen zijn op grotere hoogte.

In ons voorbeeld bereikt 7 + 12 + 25 + 48 = 92 W/m^2 via de atmosfeer (buiten het atmosferisch venster) de TOA, waar het vrij de ruimte in straalt. In werkelijkheid is dit getal hoger. Immers, bij de TOA is de gemiddelde uitstraling 239 W/m^2. Als je daar de 40 W/m^ (stralingsbalans Trenberth) van aftrekt, straalt de atmosfeer dus 199 W/m^2 uit.  Zoals ik al zei, de gebruikte getallen zijn fictief, en die 4 lagen zijn er in werkelijkheid schier oneindig veel. In ons model is te zien dat de emissie van langgolvige straling naar de ruimte dus op allerlei niveaus plaats vindt. Relatief weinig (maar met een hoge temperatuur) vanaf de lagen direct boven het aardoppervlak, en veel maar bij lagere temperaturen hoger in de troposfeer. Het “gemiddeld”  emissieniveau ligt op 5km hoogte, waar de temperatuur -18  °C is.

Volgens de Wet van Stefan-Boltzmann komt dat overeen met 239 W/m^2. Die Wet (of vergelijking) luidt  E = σT4 . In deze vergelijking is E de uitgestraalde energie, σ een constante (5.67 x 10^-8) en T is de temperatuur in Kelvin. Hier moet wel bij aangetekend worden dat het feitelijk onmogelijk is om het “gemiddeld emissieniveau ”  te bepalen. Je kunt dus stellen dat men, terug rekenend van 239 W/m^2 en gebruik makend van Stefan-Boltzmann, men uitkomt op -18 °C en de bij deze temperatuur horende  hoogte, 5 km,  het “gemiddeld emissieniveau” noemt. Doordat de temperatuur in de troposfeer afneemt met de hoogte zullen hogere (=koudere) lagen vanwege hun lagere temperatuur minder makkelijk energie uitstralen naar boven dan van onderen absorberen.

Wat gebeurt er nu als er bijvoorbeeld meer langgolvige straling absorberende stoffen in de atmosfeer komen, zoals bijvoorbeeld CO2 ? Dan neemt de transparantie af ( dus de opaciteit toe) , en dat geldt voor elke laag in het model.  Alleen het atmosferisch venter heeft nergens last van. Maar buiten het atmosferisch venster zal de uitstraling uiteindelijk minder worden. Stel dat de transparantie met 10% afneemt, dan daalt in bovenstaande model van 92 W/m^2 naar ongeveer 82 W/m^2.

Wat betekent dit nu voor de diverse lagen in de atmosfeer? Alle lagen worden door een toename van broeikasgassen minder transparant. Voor de lagen direct boven het aardoppervlak betekent dit dat de transparantie tot bijna 0 wordt teruggebracht. De lagen daarboven krijgen ook ‘last’  van verminderde transparantie. Alleen de TOA aan de bovenzijde kan nog steeds vrijelijk uitstralen. Uiteindelijk bereikt de langgolvige straling die vanaf het aardoppervlak uitgestraald wordt wel de TOA, maar er zijn onderweg meer broeikasgasmoleculen die de straling kunnen absorberen en naar alle kanten emitteren. Het gevolg hiervan is dat de onderste laag van de troposfeer nauwelijks nog in staat is om straling direct de ruimte in te zenden.

 

Hoe werkt dat?  Laten we nog eens terug gaan naar het model. In het model is de transparantie van de laag op 5 km hoogte (fictief) gesteld op 3%. Dat betekent dat slechts 3% van de langgolvige straling die deze laag naar boven emitteert, zonder onderweg geabsorbeerd te worden de TOA bereikt en uitstraalt naar de ruimte. Dus 97% van de straling uit die laag wordt op een of andere hoogte bovenin geabsorbeerd en geëmitteerd. Neemt nu de transparantie van de atmosfeer met 10% af als gevolg van een toename van broeikasgassen, dan kan nog slechts 2,7% ongehinderd de TOA bereiken.  De rest, 97,3% bereikt via de bovenliggende lagen (absorptie en emissie) de TOA. De laag op 5 km straalt dus minder langgolvige straling direct uit. Let op: dit is de laag met een relatief hoge temperatuur die relatief veel energie emitteert. De rest van de langgolvige straling uit die onderste laag wordt geabsorbeerd en geëmitteerd door hoger liggende lagen, die elk vanwege de toename van het broeikaseffect ook 10% minder direct naar de TOA kunnen uitstralen.  Alleen de allerhoogste laag, de TOA, heeft geen last van toegenomen broeikasgassen en emitteert alle resterende langgolvige straling de ruimte in.

Wat zijn de gevolgen? Dat de lagen onderin de troposfeer (de warmere lagen) minder uitstralen, en bijgevolg de hogere (koudere) relatief meer. Als je aan die langgolvige straling  meet die vanaf de TOA de ruimte ingaat, en je meet de zogenaamde “brightness temperature”, dan zul je dus een gemiddeld lagere temperatuur meten. Maar belangrijker is dat bij een lagere temperatuur een lagere energiestroom hoort. De energiestroom die de aarde verlaat wordt minder dan 239 W/m^2: de stralingsbalans is uit balans. En bij een lagere temperatuur hoort volgens Stefan-Boltzmann een energiestroom die dus ook kleiner is dan 239 W/m^2. Gevolg: het “gemiddeld emissieniveau”  schuift wat naar boven , naar een koudere laag.   

                                                               Bron: John M.Wallace, Atmospheric Science 

Het model hierboven is echter een sterk vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid. In werkelijkheid neemt de transparantie alleen af bij die golflengten waarin het broeikasgas actief is. Kijken we nog eens naar bovenstaande figuur die we al eerder tegenkwamen. In de band tussen 5 en 8 μm wordt in de onderste laag de langgolvige straling voor 100% geabsorbeerd door H2O. Op 11 km hoogte is die absorptieband geslonken tot het gebied tussen ongeveer 6 en 7 μm, en de absorptie is tot ongeveer 50% geslonken.  Op deze hoogte zijn nog maar 2 smalle bandjes waar de absorptie 100% is, namelijk nabij 4 μm en 15 μm.

Bij een verhoging van het CO2-gehalte zal het volgende gebeuren: de banden die nog niet opaak zijn zullen minder transparant worden. Dat geldt voor elke laag op elke hoogte in de atmosfeer. De onderste lagen hebben relatief veel banden die 100% opaak zijn. Een verhoging daarvan is niet mogelijk. Maar wat wel gebeurt is dat de banden direct grenzend aan een dergelijke “verzadigde band” nog wel hun opaciteit zien toenemen, zoals op bovenstaand figuur geschetst is. In de hogere lagen komen meer banden voor die slechts gedeeltelijk opaak zijn. Daar zal bij een verhoging van het CO2-gehalte dit gebeuren:

Op onderstaande figuur is te zien binnen welke banden elk van de broeikasgassen actief is:

                                                                                                 Bron:  Wikipedia 

De gangbare hypothese is nu dat het aardse systeem de stralingsbalans zal herstellen door de temperatuur in het onderste deel van de atmosfeer wat te verhogen: het versterkt broeikaseffect. Er is immers sprake van een input (netto inkomende kortgolvige straling) die iets groter is dan de output (netto uitgaande langgolvige straling). Door die toename van de temperatuur zal de temperatuur aan het aardoppervlak iets hoger worden.  Bij een verdubbeling van het CO2-gehalte zal dat een temperatuurstijging betekenen van iets meer dan 1 °C . Dat wil zeggen: ALS ALLE ANDERE ZAKEN IN HET KLIMAATSYSTEEM GELIJK BLIJVEN.

In de stratosfeer gebeurt het tegenovergestelde:  als het broeikaseffect toeneemt, dan neemt de temperatuur af. Hoe is dat verklaarbaar?  We zagen hiervoor al dat CO2 in de stratosfeer een sterk afkoelend effect heeft.  In onderstaande grafiek is te zien dat de temperatuur – anders dan in de troposfeer - in de stratosfeer toeneemt met de hoogte. Dat is het gevolg van het feit dat de in de stratosfeer aanwezige O3 vrijwel alle uv-straling uit het zonlicht absorbeert. Volgens de Wet van Stefan-Boltzmann betekent dit dat hogerliggende lagen in de stratosfeer vanwege hun hogere temperatuur makkelijker ( lees: meer) energie naar de ruimte stralen dan aan de onderzijde absorberen.

                                                             Bron: C. Donald Ahrens, Essentials in Meteorology

In deze bijdrage is er 1 zin die deels in hoofdletters is geschreven: “bij een verdubbeling van het CO2-gehalte zal dat een temperatuurstijging betekenen van iets meer dan 1 °C . Dat wil zeggen: ALS ALLE ANDERE ZAKEN IN HET KLIMAATSYSTEEM GELIJK BLIJVEN. “. In een volgende bijdrage wil ik verder gaan bij deze uiterst belangrijke laatste constatering.
 

                                                                                              Bron:  KNMI

In de bijdrage van 28 december beschreef ik al de licht dalende tendens in De Bilt. Dat was opmerkelijk, omdat in november het weerbureau MeteoVista nog een persbericht had rondgestuurd waarin stond dat de temperatuur in Nederland het afgelopen decennium met +0.42 °C  zou zijn gestegen.

Zoals in de bijdrage van 28 december al is uitgelegd, heeft MeteoVista de verkeerde conclusies getrokken uit de data van het KNMI.  Desondanks namen veel kranten het persbericht klakkeloos over.

Omdat ik nieuwsgierig was naar het verloop van de temperatuur in Maastricht en Eindhoven heb ik de KNMI-gegevens van beide meetstations bekeken en er een grafiekje van gemaakt. Resultaat: op beide stations geen stijging te zien, maar zelfs een lichte daling.  

Overpeinzingen over de stralingsbalans en het broeikaseffect  deel 3

Lezers die "rauw"  deze bijdrage binnenvallen, raad ik aan eerst deel 1 en deel 2 van dit onderwerp te lezen. Deze zijn te vinden op respectievelijk 20-12-2010 en 22-12-2010.

In deel 2 van de Overpeinzingen  sloot ik af met onderstaande figuur:

                                                                  Bron: John M.Wallace, Atmospheric Science

Onderstaande figuur is hiervan afgeleid, met dien verstande dat nu goed te zien is in welk deel van het spectrum de langgolvige straling van de aarde vrijwel ongehinderd de ruimte in kan stralen. Het is het gebied met golflengten tussen 8 en 14 μm, het atmosferische venster genaamd.  In de gebieden direct links en rechts van het atmosferisch venster is de atmosfeer ondoorzichtig voor langgolvige straling als gevolg van absorptie door broeikasgassen. 

                                                                      Naar: http://www.theresilientearth.com

Als de atmosfeer geen broeikasgassen zou bevatten dan kon langgolvige straling dus ongehinderd de aardse atmosfeer verlaten, en zou de gemiddelde temperatuur aan het aardoppervlak -18 °C zijn. De  broeikasgassen zijn overigens niet gelijkmatig verdeeld in de atmosfeer. Alleen CO2  is tamelijk gelijkmatig verdeeld over de atmosfeer. Het belangrijkste broeikasgas, H2O, bevindt zich vooral in de troposfeer, daarboven neemt de hoeveelheid sterk af.

                                                          Bron: K.N.Liou, An Introduction to Atmospheric Radiation

Wat doen broeikasgassen met die langgolvige straling die van het aardoppervlak naar buiten wil? Die absorberen de langgolvige straling en emitteren die weer vrijwel onmiddellijk naar alle kanten. De langgolvige straling die naar de aarde gericht is vormt een deel van de Ed (back radiation) in de stralingsbalans van Trenberth. Het deel dat naar boven gericht is bereikt uiteindelijk de buitenzijde van de atmosfeer (TOA) waar het vrijelijk de ruimte in gaat  (OLR in de stralingsbalans).

Als er op weg naar “boven” nog broeikasgasmoleculen aanwezig zijn zal de langgolvige straling nog een aantal malen geabsorbeerd en geëmitteerd worden. Voor langgolvige straling op pakweg 15 km hoogte is de atmosfeer daarboven vrijwel geheel doorzichtig. Voor langgolvige straling onder in de troposfeer is de weg naar buiten dus grotendeels opaak, ondoorzichtig.

Als uiteindelijk alle langgolvige straling de TOA bereikt, dus zowel de straling die ongehinderd de atmosfeer verlaat via het atmosferisch venster, als de langgolvige straling die moeizaam via absorptie en emissie de TOA bereikt, dan straalt daar gemiddeld 239 W/m^2 de ruimte in. En dat is exact gelijk aan wat er aan zonnestraling door de aarde geabsorbeerd wordt. Maar pas op: die 239 W/m^2 is een gemiddelde: vrijwel overal aan de buitenzijde van de atmosfeer is dat getal hoger of lager. Kijk alleen maar eens naar de onbalans als gevolg van de breedteligging die we in deel 1 al zagen:

                                                             Bron: C. Donald Ahrens, Essentials in Meteorology

Maar ook het dag/nachtritme, de seizoenen en allerlei andere regionale en lokale effecten zorgen er voor dat er vrijwel nergens een stralingsbalans is tussen inkomende en uitgaande straling. Overigens is de inkomende zonnestraling  ook vrijwel overal anders als gevolg van veelal dezelfde oorzaken als die voor langgolvige straling gelden. Die 239 W/m  is dus een gemiddelde voor de gehele aarde op langere termijn bezien.

Op onderstaande figuur is de totale langgolvige straling afgebeeld in februari 2010, zoals die door de CERES satelliet is gemeten. Duidelijk is te zien dat er van globale uitstraling van 239 W/m^2 geen sprake is. De stralingsintensiteit is overal anders. Zou je de plaatjes van andere maanden ernaast leggen, dan zou je zien dat het niet alleen ruimtelijk bezien maar ook in de tijd voortdurend anders is.

                                                                                              Bron: NASA

Bezien we nu onderstaande grafiek, dan zien we bovenin de weergave van 2 zogenaamde zwartlichaam spectra volgens de Wet van Planck. De linker is van de zon, maar we zijn hier meer geïnteresseerd in de rechter kromme, die van de langgolvige straling van een zwart lichaam bij 255 K ( = -18 °C). De aarde is niet volledig een zwart lichaam, maar benadert die toch sterk.

                                                                       Bron: John M.Wallace, Atmospheric Science

Bovenstaande grafiek is het theoretisch spectrum van de langgolvige straling van de aarde. Hoe het er in werkelijkheid uitziet weten we onder andere dank zij  de Nimbus 4 satelliet die uitgerust is met een  zogenaamde infrared interferometer spectrometer. Het energiespectrum wijkt qua vorm af van de figuur hierboven, maar dat is het gevolg van het feit dat  de horizontale as van de bovenste figuur logaritmisch verloopt, terwijl dezelfde as op de figuur hieronder een lineaire schaal heeft.

                                                        Naar: K.N.Liou, An Introduction to Atmospheric Radiation

In de figuur zijn afgebeeld de spectra bij diverse temperaturen. Met rood is het spectrum aangegeven van een lichaam met een temperatuur van 255 K, -18 °C, de aarde dus. De grillige lijn is de gemeten langgolvige straling die vanaf de aarde ruimte in gaat.
Tussen de 8 en 14 μm heeft het uitgezonden spectrum een profiel dat in de buurt ligt van 290 K.  Dit is de langgolvige straling die rechtstreeks via het atmosferisch venster de ruimte in gaat. Die 290 K komt globaal overeen met de gemiddelde temperatuur aan het aardoppervlak, namelijk 15 °C  ( 288 K). Het kleine dipje bij 10  μm is het gevolg van absorptie door O3.

Tussen de 14 en 18 μm is het energieniveau zo laag dat het past bij het profiel van 220 K , -53  °C.  Dat is de temperatuur aan de bovenzijde van de troposfeer op ongeveer 11 km hoogte. Oorzaak hier is de sterke absorptie in deze band door CO2, waardoor pas op grote hoogte , waar het koud is, uitstraling naar de ruimte plaats kan vinden.

Tussen 5 en 8 μm vindt uitstraling ook op een kouder niveau plaats, namelijk tussen ongeveer 0 °C en -50 °C, als gevolg van de absorptie van H2O in deze band. Op onderstaande figuur is een en ander duidelijk te zien:

                                                      Bron: K.N.Liou, An Introduction to Atmospheric Radiation

Vereenvoudigd kunnen we dus het volgende stellen: de atmosfeer raakt op 2 manieren haar warmtestraling kwijt, namelijk voor de golflengtes tussen 8 en 14 μm door directe uitstraling via het atmosferisch venster, en voor de andere golflengtes  via absorptie en emissie van broeikasgassen en tenslotte via uitstraling aan de TOA.

Stel nu eens dat de atmosfeer voor 100% transparant zou zijn voor langgolvige straling, dan zou het energiespectrum er zo uit zien: