Opmerkelijk

2-9-2010

Afsmelten ijskappen op Groenland en West Antarctica veel geringer dan tot nu toe gedacht

Onderzoekers van de TUDelft hebben onder andere met behulp van data van de zogenaamde GRACE satellieten en een verbeterde rekenmethode becijferd dat het recente smelten van landijs op Groenland en West Antarctica lang zo groot niet is als tot op heden werd verondersteld. Het afsmelten gaat ongeveer 2x langzamer dan tot nu toe werd verondersteld, stellen de onderzoekers in het septembernummer van Nature Goescience.

Bron: NASA 

De onderzoekers maken gebruik van twee GRACE satellieten, die zijn ingezet om het zwaartekrachtveld van de aarde te meten. Door allerlei geologische en fysisch-geografische processen is die namelijk niet overal en altijd gelijk. In dit verband zijn met name de zogenaamde isostatische bewegingen van de aardkorst onder Groenland en Antarctica van belang. Sinds het einde van de laatste ijstijd (het Weichselien) zo’n 10.000 jaar geleden zijn de landijskappen van Groenland en Antarctica flink geslonken.  Twee andere landijskappen, die van Oost Canada en Scandinavië, zijn zelfs geheel verdwenen. Vanwege het wegvallen van het enorme gewicht van het landijs veert de aardkorst ter plekke op, een verschijnsel dat glacial isostatic adjustment wordt genoemd. In de paragraaf over de zeespiegel is over dit isostasie-effect al eerder geschreven. 

De onderzoekers onder leiding van Bert Vermeersen  hebben de zwaartekrachtdata van GRACE gecombineerd met twee andere datasets, namelijk die over oceaanbodemdruk en GPS-metingen. Zoals bekend is het met GPS mogelijk zeer nauwkeurig plaatsbepalingen te verrichten.  De  correcties op bestaande berekeningen hebben de onderzoekers, samen met wetenschappers van SRON Netherlands Institute for Space Research en het Jet Propulsion Laboratory in Pasadena (VS) veel nauwkeuriger weten uit voeren dan voorheen. Ze komen tot de conclusie dat het smelten twee keer langzamer verloopt dan tot nu toe werd aangenomen. Eerdere schattingen kwamen voor de Groenlandse ijskap uit op maximaal 230 gigaton ijssmelt per jaar , goed voor een gemiddelde mondiale zeespiegelstijging van ongeveer 0,75 mm per jaar. Voor West-Antarctica bedroeg de schatting maximaal 132 gigaton, met een zeespiegelstijging van ongeveer 0,4 mm per jaar als resultaat. De nieuwe berekeningen van Vermeersen c.s. betekenen dat de zeespiegelstijging als gevolg van ijssmelt op Groenland en Antarctica  nog geen 0,6 mm per jaar is.

Wat heeft het laatste rapport van het IPCC uit 2007 over deze materie gemeld? De figuur hieronder is ontleend aan de zogenaamde Technical Papers die ten grondslag liggen aan  het laatste rapport van het IPCC.

Rates of surface elevation change (dS/dt) derived from laser altimeter measurements at more than 16,000 locations on the Greenland Ice Sheet where ICESat data from 2005 overlay aircraft surveys in 1998/1999 (using methods described by Thomas et al., 2006). Locations of rapidly thinning outlet glaciers at Jakobshavn (J), Kangerdlugssuaq (K), Helheim (H) and along the southeast coast (SE) are shown, together with an inset showing their estimated total mass balance (M∙ , Gt yr–1) between 1996 and 2005 (Rignot and Kanagaratnam, 2006).   Bron: IPCC

Zoals te zien is geeft het rapport een flinke afname van de hoeveelheid ijs op Groenland weer, met name aan de randen.  De kaart werd gemaakt met behulp van altimetrische data.  Daartoe werd de hoogte van het ijsoppervlak gedurende een aantal jaren gemeten met  laser-altimeters. Te weinig rekening werd gehouden met isostatische bewegingen van de ondergrond, die volgens de Delftse onderzoekers veel groter zijn dan tot nu toe werd aangenomen.

Onderstaande twee grafieken zijn ook ontleend aan de Technical Papers van het IPCC rapport. Ze tonen het massaverlies van het landijs op Groenland (boven)  en Antarctica (onder).  Eerst maar eens Groenland. De 230 gigaton ijssmelt is afkomstig van een publicatie van Rignot en Kanagaratnam op basis van dezelfde GRACE-data  ( Rignot, E. and Kanagaratnam, P. 2005. Changes in the velocity structure of the Greenland Ice Sheet. Science 311: 986-990.) .

In de grafiek is het resultaat van deze studie te zien: de drie rode smalle blokjes. De hoogte van elk blokje geeft de beide marges aan van de onzekerheid in de resultaten.  De blauwe blokjes zijn het resultaat van enkele andere studies op basis van GRACE-data.  De andere rechthoeken zijn de resultaten van diverse andere onderzoeken maar de massabalans van het Groenlandse ijs, onder andere op basis van hoogtemetingen en bewegingssnelheid. Wat opvalt is dat de resultaten sterk gespreid zijn: er is veel onzekerheid over de grootte van de afsmelt.

 (Top) Mass balance estimates for Greenland. The coloured rectangles, following Thomas et al. (2006), indicate the time span over which the measurements apply and the estimated range, given as (mean + uncertainty) and (mean – uncertainty) as reported in the original papers. Code: B (orange; Box et al, 2006), surface mass balance, using stated trend in accumulation, ice flow discharge (assumed constant), and standard error on regression of accumulation trend, with added arrow indicating additional loss from ice flow acceleration; H (brown; Hanna et al., 2005), surface mass balance, with arrow as for B; T (dark green; Thomas et al., 2006), laser altimetry, showing new results and revision of Krabill et al. (2004) to include firn densification changes; Z (violet; Zwally et al., 2006), primarily radar altimetry, with uncertainty reflecting the difference between a thickness change due to ice everywhere and that due to low-density firn in the accumulation zone; R (red; Rignot and Kanagaratnam, 2006), ice discharge combined with surface mass balance; V (blue; Velicogna and Wahr, 2005) GRACE gravity; RL (blue; Ramillen et al., 2006) GRACE gravity; J (magenta dashed; Johannessen et al., 2005), radar altimetry without firn densification correction and applying only to central regions that are thickening but omitting thinning of coastal regions. (Bottom) Mass balance estimates for grounded ice of Antarctica. Coloured rectangles show age span and error range as in the top panel. Code: Z (violet; Zwally et al., 2006), radar altimetry, with uncertainty reflecting the difference between a thickness change due to ice everywhere and that due to low-density firn everywhere; RT (dark green; Rignot and Thomas, 2002), ice discharge and surface mass balance, with dashed end line because some of the accumulation rate data extend beyond the time limits shown; RT2 (dark green; Rignot and Thomas, 2002), updated to include additional mass losses indicated by Thomas et al. (2004) and Rignot et al. (2005), dashed because the original authors did not produce this as an estimate for the whole ice sheet nor are accumulation rates updated; V (blue; Velicogna and Wahr, 2006), GRACE gravity; RL (blue; Ramillen et al., 2006), GRACE gravity. Bron: IPCC

De onderste grafiek in de figuur hierboven toont de resultaten voor Antarctica. Blokje V geeft de resultaten van Velicogna en Wahr uit 2006  (Velicogna, Isabella and John Wahr (2006). "Measurements of Time-Variable Gravity Show Mass Loss in Antarctica". Science 311 (5768): 1754-1756. DOI:10.1126/science.1123785.).

De dramatische uitkomsten van hun onderzoek sloegen in als een bom: het was allemaal nog erger dan tot dan toe verondersteld. De ijssmelt vindt vrijwel uitsluitend plaats in West Antarctica, zoals op onderstaande kaart uit het IPCC-rapport te zien is. De rest van Antarctica heeft zelfs bij Velicogna en Wahr geen last van smelt: de massabalans is daar ongeveer 0. Andere bronnen spreken van een toename van het landijs op Oost Antarctica.

Rates of surface elevation change (dS/dt) derived from ERS radar-altimeter measurements between 1992 and 2003 over the Antarctic Ice Sheet (Davis et al., 2005). Locations of ice shelves estimated to be thickening or thinning by more than 30 cm yr–1 (Zwally et al., 2006) are shown by red triangles (thickening) and purple triangles (thinning). Bron: IPCC

Conclusie: de cijfers en figuren van de laatste IPCC-rapport hebben, tesamen met de vaak alarmerende berichtgeving in de media een te somber beeld geschetst van de ijssmelt op Groenland en Antarctica.  Het docudrama van Al Gore spande op dit gebied de kroon.  Er moet gezegd worden dat het IPCC in haar Technical Papers wijst op de onzekerheden in het huidige onderzoek.  Journalisten,  politici en ook sommige wetenschappers vinden die onzekerheden blijkbaar niet prettig en zetten onderzoeksresultaten vaak nog eens dik aan: het doel heiligt blijkbaar de middelen. De publicatie van Vermeersen c.s. toont aan dat het “leren” nog lang niet voorbij is.  
 

Mann’s hockeystick definitief gebroken en niet meer te repareren

De zomer begon zo goed voor professor Michael Mann van de Pennsylvania State University. Naar aanleiding van talloze ongeruste telefoontjes, emails en brieven die Penn State kreeg over de vermeende rol van haar beroemde prof kon de universiteit niet anders dan een officieel onderzoek starten naar eventueel “research misconduct”  van Mann.

De onderzoekscommissie , bestaande uit 5 professoren van dezelfde universiteit, kwamen op 1 juli j.l. tot de conclusie dat Mann geen enkele blaam trof. Opmerkelijk was dat geen van de onderzoekers  deskundig is op het gebied van paleoklimatologie  of statistiek. Je kunt je dus afvragen of deze mensen in staat zijn geweest een deel van de beschuldigingen aan Mann’s adres op hun merites te beoordelen. Bovendien is ook hier weer de kwestie actueel van “de slager die zijn eigen vlees keurt".  

De opluchting van Mann is waarschijnlijk echter maar van korte duur geweest, want een nieuwe publicatie treft hem waarschijnlijk op een pijnlijker plek dan alle beschuldigingen over de Climategate-affaire. In de komende uitgave van The Annals of Applied Statistics   zal een publicatie verschijnen van Blakeley McShane van Northwestern University en Abraham Wyner van University of Pennsylvania (sic). (Blakeley McShane & Abraham Wyner, A statistical analyses of multiple temperature proxies: are reconstructions of surface temperatures over the last 1000 years reliable?,  2010, The Annals of Applied Statistics ). Pikant detail is dat Wyner als professor in de statistiek verbonden is aan Penn State, dezelfde universiteit waar Mann werkzaam is, en dat McShane zijn PhD statistiek aan dezelfde opleiding heeft behaald.  Het antwoord op hun onderzoeksvraag is simpel: nee.

In feite is de studie van McShane en Wyner exact de invulling van een van de aanbevelingen die de commissie Wegman in 2006 ten behoeve van het Congress heeft gedaan.  Wegman, een van de grootste statistici van de USA, liet weinig heel van de methoden die Mann had gehanteerd om tot zijn hockeystick te komen (http://www.klimaatgek.nl/document/WegmanReport.pdf). Zie ook in het hoofdstuk “De Dogma’s”  de paragraaf “Unieke Temperatuurstijging.”.

De statistische methoden die Mann gebruikte deugden volgens Wegman niet:
“Conclusion 3. As statisticians, we were struck by the isolation of communities such as the paleoclimate community that rely heavily on statistical methods, yet do not seem to be interacting with the mainstream statistical community. The public policy implications of this debate are financially staggering and yet apparently no independent statistical expertise was sought or used.
Recommendation 3. With clinical trials for drugs and devices to be approved for human use by the FDA, review and consultation with statisticians is expected. Indeed, it is standard practice to include statisticians in the application-for-approval process. We judge this to be a good policy when public health and also when substantial amounts of monies are involved, for example, when there are major policy decisions to be made based on statistical assessments. In such cases, evaluation by statisticians should be standard practice. This evaluation phase should be a mandatory part of all grant applications and funded accordingly. ”

Het niet gebruik maken van gespecialiseerde statistische kennis door Mann en andere paleoklimatologen is opmerkelijk. Niet alleen is klimaatreconstructie een grotendeels statistische job, maar het werk zelf is ook erg moeilijk. Dat komt vooral doordat de data zowel in ruimte als tijd elkaar beïnvloeden, maar ook omdat de data zeer incompleet zijn. 

Op bovenstaande grafiek is te zien dat de diverse reconstructies van de oppervlaktetemperatuur elkaar niet veel ontlopen, maar dat de reconstructies van Mann en Jones  (2003) en Esper et al (2002) het vlakste verloop geven, terwijl andere duidelijker een Middeleeuws Optimum laten zien.

Wat McShane en Wyner gedaan hebben is niet de onderliggende data van Mann’s publicaties ter discussie stellen. Ze zijn uitgegaan van dezelfde proxies  als Mann hanteerde, en van dezelfde instrumentele meetreeksen van de afgelopen 150 jaar. Wat ze doen  is de betrouwbaarheid van de proxies vaststellen.  Met andere woorden, ze proberen te achterhalen  hoe betrouwbaar proxies zijn om de globale temperatuur te reconstrueren. Daarvoor gebruiken ze geavanceerde statistische technieken zoals  Bayesiaanse waarschijnlijkheidsmodellen en de Lasso-methode van Tibshirani.

McShare en Wyner leveren in het begin van de publicatie forse kritiek op de grafische voorstelling van Mann, de beruchte hockeystick. In grote lijnen komt die kritiek overeen met de kritiek van McIntyre en anderen op het werk van Mann. Zo is de weergave van de rode temperatuurlijn misleidend, omdat de blauwe reconstructielijn noodzakelijkerwijs minder extremen laat zien. De blauwe lijn is een gewogen gemiddelde en daardoor “smoother”. Bovendien sluit de blauwe lijn tussen 1850 en 1998 nauw aan bij de rode, uitsluitend vanwege calibratie van de  proxytemperatuurlijn. Met andere woorden, de eerste gemeten temperatuurdata rond 1850 bepalen de ligging van de blauwe, gereconstrueerde lijn. Hierover zei Wegman: “..a cardinal rule of statistical inference is that the method of analyses must be decided before looking at the data.”.

De uitkomsten van het onderzoek zijn schokkend. De relatie tussen proxy en temperatuur blijkt erg  zwak te zijn. Zo  zwak zelfs dat willekeurig gegenereerde getallen niet slechter zijn in temperatuurreconstructie dan de gehanteerde proxies. Zo bleek geen van de proxygebaseerde modellen in staat de sterke temperatuurstijging  van de jaren ’90 te kunnen voorspellen, terwijl bij zogenaamde “backcast” de modellen onderling extreem verschillende temperatuurreeksen produceerden.

McShane en Wyner  zeggen hierover:  “As mentioned earlier, scientists have collected a large body of evidence which suggests that there was a Medieval Warm Period (MWP) at least in portions of the Northern Hemisphere. The MWP is believed to have occurred from c. 800-1300 AD (it was followed by the Little Ice Age). It is widely hoped that multi-proxy models have the power to detect how warm the Medieval Warm Period was, how sharply temperatures increased during it, and to compare these two features to the past decade’s high temperatures and sharp run-up. Since our model cannot detect the recent temperature change, detection of dramatic changes hundreds of years ago seems out of the question.”.

Uiteindelijk komen McShane en Wyner  met hun eigen, verbeterde reconstructie van de globale temperatuur op het noordelijk halfrond van de afgelopen 1000 jaar:

De dramatische hockeystick is verdwenen, en de onzekerheidsmarges zijn veel groter dan in de grafiek van Mann. McShane en Wyner  merken daarover op: “The major difference between our model and those of climate scientists, however, can be seen in the large width of our uncertainty bands. Because they are pathwise and account for the uncertainty in the parameters (as outlined in Section 5.3), they are much larger than those provided by climate scientists. In fact, our uncertainty bands are so wide that they envelop all of the other backcasts in the literature. Given their ample width, it is difficult to say that recent warming is an extraordinary event compared to the last 1,000 years. For example, according to our uncertainty bands, it is possible that it was as warm in the year 1200 AD as it is today. ”

In bovenstaande grafiek van Mann et al  is met een gele lijn de temperatuur weergegeven zoals die door McShane en Wyner is gereconstrueerd. De grijze schaduw is de onzekerheidsmarge die zeer groot is. Alle reconstructies valle ruim binnen die onzekerheidsmarges.

De onderzoekers concluderen: “  Climate scientists have greatly underestimated the uncertainty of proxybased reconstructions and hence have been overconfident in their models…….  Natural climate variability is not well understood and is probably quite large. It is not clear that the proxies currently used to predict temperature are even predictive of it at the scale of several decades let alone over many centuries. Nonetheless, paleoclimatoligical reconstructions constitute only one source of evidence in the AGW debate.  ”

Tot slot hieronder met een gele horizontale lijn het mogelijke verloop van de temperatuur gedurende de afgelopen 100 jaar volgens William Briggs.
Maar elke andere lijn die binnen het grijze gebied valt kan juist zijn. Vanwege de grote onzekerheidsmarge kan de temperatuur zelfs een constant dalende tendens vertonen en toch binnen de marges vallen.  Waarmee weer een icoon van klimaatalarmisten is ontmanteld.

Naar aanleiding van zijn "vrijspraak"  door de Penn State commissie reageerde Mann weer vol bravour en zelfvertrouwen  in een email naar het blad Eos.  Hij schrijft: "Climate change is real, despite the desier by some climate change deniers to want to dismiss it as a hoax or a grand conspiracy. Hopefully, we can now get beyond the politically motivated attacks against the science and have a meaningful conversation about how to go about addressing the challenges posed by human-caused climate change."

Hij kon toen nog niet weten dat het ditmaal geen vervelende klimaatsceptici "met een politieke agenda"  zouden zijn die zijn temperatuurreconstructie zouden ondermijnen, maar  collega's die wat meer kaas hebben gegeten van statistiek dan Mann.  

De Sahel en de droogte

In de vorige bijdrage besteedde  ik aandacht aan de volgende conclusie  in de Samenvatting voor Beleidsmakers van het Werkgroep II Rapport  van het IPCC : “In the Sahelian region of Africa, warmer and drier conditions have led to a reduced length of growing season with detrimental effects on crops.”  De auteurs van het IPCC stelden toen dat als er staat “Sahel” dat niet automatisch  “Sahel” betekent omdat er niet gesproken wordt over de “gehele Sahel” .  En “crops” betekent pas “crops” als er “all crops” staat.  Uiteindelijk bleek de conclusie sterk gegeneraliseerd en gebaseerd op 2 studie over de teelt van gierst, pinda en kousenband in Niger. Daarom is het interessant om te weten hoe het zit met de rest van de conclusie:  “warmer and drier conditions have led to a reduced length of growing season ” .

De Sahel is het gebied direct ten zuiden van de Sahara, en vormt de overgang tussen de droge woestijn in het noorden en de relatief vochtige savanne in het zuiden. De natuurlijke vegetatie varieert van woestijnsteppe en kortegrassteppe in het drogere noordelijke deel tot  langegrassteppe en savanne in het zuidelijk deel. De neerslag valt slechts enkele maanden per jaar, in het zomerseizoen, en varieert sterk van jaar tot jaar en van locatie tot locatie. In het droogste noordelijke deel bestaat het bodemgebruik hoofdzakelijk uit nomadische veeteelt, in het zuidelijke deel is akkerbouw mogelijk. De onbetrouwbaarheid van de neerslag vormt in (semi)- aride regio’s als de Sahel een voortdurend probleem voor de landbouw.

                                          bron:    http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7p.html

De neerslagperiode rond juni/juli is een gevolg van het feit dat de ITC, de equatoriale lagedrukzone met neerslag, zich rond die tijd in het jaar noordwaarts verplaatst. De hoeveelheid neerslag  in een jaar hangt heel sterk samen met die verplaatsing van de ITC: komt de ITC noordelijk dan normaal, dan is de hoeveelheid neerslag groter dan normaal.Op onderstaande animatie is de jaarlijkse verschuiving te zien van de NDVI, een maat voor de “vergroening” als gevolg van de verschuiving van de ITCZ. 

                                                                          Bron:   eclectic ss uci edu

Over de warmere omstandigheden waarover de conclusie spreekt kan ik kort zijn: de trend van de temperatuur in de Sahel gedurende de afgelopen decennia  volgt die van het globale temperatuurverloop. Op onderstaande grafiek zien we dat:  een stijging tot 1940, dan een daling tot 1975, vanaf 1975 een stijging van de temperatuur  en vanaf eind jaren ’90 een afvlakking.

                                                                Neerslag Sahel  1900 - 2010   Bron:  JISAO  

Er lijkt een multidecadale trend zichtbaar met een periodiciteit van ongeveer 70 jaar. Van 1915 stijgt de jaarlijkse neerslag , tot 1950, om dan tot 1985 sterk terug te vallen. Vanaf 1985 stijgt de neerslag weer.

Al enkele decennia buigen onderzoekers zich over de neerslagpatronen in de Sahel. Met name de zeer droge jaren ’70 en ’80 van de vorige eeuw waren aanleiding om de Sahel nader onder de loep te nemen. De  hypothese in de studie van Otterman en Chaney   dat overbeweiding de albedo in de Sahel heeft veranderd, met droogte als gevolg, heeft jarenlang dienst gedaan als “de”  verklaring voor de extreme droogte in de Sahel. (Otterman, J. (1974). "Baring high albedo soils by overgrazing: A hypothetical desertification mechanism." Science186: 531-533.).

Sommigen gingen nog verder en zagen die vermeende overbeweiding als een logisch gevolg van Europese exportsubsidies op vlees. Dergelijke verklaringen gingen er in als koek, mede als gevolg van het feit dat men in die tijd erg bang was om beschuldigd te worden van fysisch-determinisme.  Maar ook de socio-religieuze opvattingen van schuld-en-boete  in de naoorlogse westerse samenlevingen spelen hier mijns inziens een rol.  Zie hiervoor het artikel “Het einde der tijden ”  van Hans Jansen.

Zo stellen Giannini et al dat er een sterke link is tussen de oppervlaktetemperatuur van het zeewater (SST) en de regenval in de Sahelregio.  (Giannini, A., R. Saravanan, and P. Chang (2003), Oceanic forcing of Sahel rainfall on interannual to inter-decadal time scales, Science, 302, 1027–1030). Met behulp van een ACM van NASA  en een aantal  SST scenario's, waren ze in staat om een groot deel van de waargenomen variaties in neerslag van 1930 tot 2000 in de Sahel te reproduceren. Verhoogde SST van de oceanische wateren op lage breedte rond Afrika in de jaren ’70 en ’80 beïnvloedden de West-Afrikaanse moesson, die op zijn beurt de extreme droogte in de Sahel veroorzaakte.  Overigens constateerden Giannini et al dat de neerslaganomalieën versterkt werden door  wat de auteurs een land-atmosfeer interactie noemen, de invloed van afnemende vegetatie op de atmosferische omstandigheden, waarbij ook de veranderde albedo een rol speelt.

Ook Nieto et al beschrijven de sterke invloed van met name de tropische Atlantische Oceaan op de neerslagcijfers, maar dichten aan de Indische Oceaan een kleinere rol toe.  (Raquel Nieto, Luis Gimeno, and Ricardo M. Trigo,  A Lagrangian identification of major sources of Sahel moisture, Geophysical  Research Letters, vol. 33, L18707, doi:10.1029/2006GL027232, 2006).

Nicholson et al zien als oorzaak van de neerslaganomalieën in de Sahel behalve de SST van de tropische Atlantische Oceaan ook de luchtdruk boven het zuidelijk deel van de Atlantische Oceaan. (Sharon E. Nicholson, Peter J. Webster,  A physical basis for the interannual variability of rainfall in the Sahel. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 133:2065-2084)

Interessant is de vraag wat de oorzaak is van de geconstateerde multidecadale trend in het neerslagpatroon van de Sahel.  Zhang et al hebben daar in 2006 een antwoord op gevonden,  (Zhang, R., and T. L. Delworth (2006), Impact of Atlantic multidecadal oscillations on India/Sahel rainfall and Atlantic hurricanes, Geophys. Res. Lett., 33, L17712, doi:10.1029/2006GL026267 ). 

Zhang et al gebruikten  het GFDL CM2.1  klimaatmodel om aan te tonen dat de multidecadale variabiliteit van de Atlantische Oceaan  (AMO) de motor is achter de langjarige variaties in neerslag in de Sahel .  AMO,  Atlantic Multidecadal Oscillation, is een maat voor de natuurlijke variabiliteit van de SST van de noordelijke Atlantische Oceaan , met een periodiciteit van 60 tot 80 jaar. In bovenstaande  grafieken is de AMO weergegeven, eerst zonder correctie, en in de onderste grafiek ontdaan van de globale temperatuurveranderingen van de afgelopen 130 jaar.

Zhang et al vonden een verrassend sterke correlatie tussen de AMO en de neerslag in de Sahel. In onderstaande grafiek is dat weergegeven. Overigens heeft een recente studie van Gray et al .  aangetoond dat de AMO al zeker 500 jaar bestaat. (Gray, S. T., L. J. Graumlich, J. L. Betancourt, and G. T. Pederson (2004), A tree-ring based reconstruction of the Atlantic Multidecadal Oscillation since 1567 A.D., Geophys. Res. Lett., 31, L12205, doi:10.1029/2004GL019932.) .  Wat de achterliggende oorzaak van de AMO is, is tot op heden niet duidelijk. Zhang et al schrijven: “”Nevertheless, our results indicate that the impact of the AMO is very important for our understanding of the future climate change.”

                                              Correlatie AMO en neerslagpatroon Sahel.  Bron:  Giannini et al 

Giannini et al constateerden behalve de invloed van de Atlantische Oceaan ook een invloed van de SST van de Indische Oceaan op de neerslaganomalieën van de Sahel. (  Giannini, A., R. Saravanan, and P. Chang (2003), Oceanic forcing of Sahel rainfall on interannual and to interdecadal time scales, Science, 302, 1027 – 1030.) .  Giannini et al concluderen: “A positive trend in equatorial Indian Ocean SSTs, between East Africa and Indonesia, is identified as the proximate cause for the negative rainfall trend observed in the Sahel from the late 1960s to the 1980s (Fig. 4, A and B). Teaming up with an occasionally warmer-than-average eastern equatorial Atlantic Ocean (15, 16), it formed a low-latitude ring of warm SSTs around Africa that may have disrupted the fragile balance that defines the monsoon, between the competing effects of high summertime land surface temperatures and the associated development of a land-ocean temperature contrast versus the availability of moisture (30). Rainfall anomalies of opposite sign across the Sahel and in the equatorial Indian Ocean (Fig. 4C) support the hypothesis that the oceanic warming around Africa may indeed have weakened the land-ocean temperature contrast and consequently the monsoon, causing deep convection to migrate over the ocean and engendering widespread drought over land, from the Atlantic coast of West Africa to the highlands of Ethiopia.”

Hoerling et al schrijven : “The robustness of the oceanic impact is confirmed through the diagnosis of 80 separate 50-yr climate simulations across a suite of atmospheric general circulation models. Drying over the Sahel during boreal summer is shown to be a response to warming of the South Atlantic relative to North Atlantic SST, with the ensuing anomalous interhemispheric SST contrast favoring a more southern position of the Atlantic intertropical convergence zone.” ( Hoerling et al, Detection and Attribution of Twentieth-Century Northern and Southern African Rainfall Change, 2006, American Meteorological Society ).

Men kan dus stellen dat er momenteel een redelijk grote consensus is over de oorzaak van de 60-80 jarige cyclus die de multidecadale neerslagtrend in de Sahel bepaalt.

Wellicht een van de fraaiste bewijzen van de toegenomen neerslag in de Sahel is de vergroening die vanaf 1985 wordt waargenomen.

Bovenstaande figuur is uit een publicatie van Ollson et al in 2005. Ollson  et al hebben een analyse gemaakt van satellietgegevens (NOAA AVHRR) van vegetatiebedekking  van 1982 tot en met 1999.   (  Olsson, L., L. Eklundh, et al. (2005). "A Recent Greening of the Sahel – trends, patterns and potential causes." Journal of Arid Environment 63(3): 556–566. )

De in deze en andere studies gebruikte eenheid om vergroening te meten is de Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), die met name in semi-aride gebieden geschikt is om gebruikt te worden. De trend sinds 1982 is overduidelijk: de Sahel wordt groener.

Dat zelfde beeld vinden we ook terug in een studie van Herrmann et al . (Herrmann, S. M., A. Anyambab, et al. (2005). "Recent trends in vegetation dynamics in the African Sahel and their relationship to climate." Global Environmental Change 15: 394–404.).

Ollson et al hebben op hun data een statische analyse toegepast. De grafiek hieronder geeft de zogenaamde gemiddelde Z-score als standaard deviatie weer van de NDVI en de neerslag.  Te zien is dat er sprake is van een sterke trend bij de NDVI  (van -1 tot +1), en van een minder sterke trend bij de neerslag.  

De auteurs hebben daarnaast ook lineaire regressie toegepast en de zogenaamde least-square estimated slope van de NDVI afgezet tegen die van de neerslag in de Sahel. Op onderstaande figuur is het resultaat daarvan te zien.  Vrijwel alle meetpunten geven een toename van de NDVI , wat wijst op een algehele vergroening.  Maar wat opvalt  is dat een deel van de meetpunten zich in het kwadrant linksboven bevindt. Rechtsboven in de figuur bevinden zich de meetpunten waarvoor zowel een verhoogde NDVI als een verhoogde neerslag is waargenomen. Blijkbaar is er dus op een aantal meetpunten vergroening, terwijl er geen sprake is van neerslagtoename.

Ook Herrmann et al constateren dat er behalve de toegenomen neerslag nog een andere (weliswaar ondergeschikte) factor meespeelt bij de vergroening van de Sahel:  “From the coarse scale assessment, rainfall emerges as the dominant causative factor in the dynamics of vegetation greenness in the Sahel. However, the presence of spatially coherent and significant long-term trends in the NDVI residuals suggests that there is another, weaker, causative factor, possibly a ‘human signal’.” .

Verschillende langetermijnstudies wijzen op een veranderend milieu- en landbouwbeleid in sommige delen van de Sahel (in Niger,Nigeria, Burkina Faso en Senegal). Deze studies hebben bewijs gevonden voor een overgang van landdegradatie naar trajecten met meer duurzame en productieve productiesystemen.  Deze omvatten verhogingen van de opbrengsten van granen, hogere dichtheden van de bomen, een beter bodemmanagement, verhogen van de grondwaterspiegel, vermindering van de armoede op het platteland, en een verminderde ruraal-urbane migratie.  Een van de genoemde  “human signals”  is het aanplanten van bomen, zoals hierboven al genoemd. Op diverse plaatsen, onder ander in het zuiden van Mali, vindt dit al op grote schaal plaats.

In Niger, dat ten grondslag lag aan de conclusive van het IPCC, is het aanplanten van bomen zeer goed van de grond gekomen. Toegenomen neerslag en een toenemend besef van de plaatselijke bevolking dat men actief bodemdegradatie kan tegengaan hebben er voor gezorgd dat er het afgelopen jaren miljoenen bomen zijn geplant. De afgelopen decennia zijn  al minstens 7,4 miljoen bomen geplant, veelal door de plaatselijke bevolking buiten de grootschalige officiële herbeplantingsprojecten om. Luchtfoto’s zoals hieronder kunnen op honderden plaatsen in Niger genomen worden. Niger is nu veel groener dan een aantal jaren geleden.

In een interview met de New York Times zegt hoogleraar Chris van Reij hierover: "Het algemene beeld van de Sahel is veel minder somber dan we geneigd zijn aan te nemen… Niger is voor ons een enorme verrassing. De vergroening begon halverwege de jaren ‘80, en elke keer als we terugkomen in Niger,is de vergroening verder toegenomen."

Maar wellicht nog interessanter is de vraag wat er waar is van de zorgelijke berichten over voedselproductie, op basis waarvan het IPCC zijn conclusie heeft gebaseerd.  Het antwoord is te vinden in het Statistisch Jaarboek 2009 van de FAO, de Wereld Voedsel Organisatie van de VN. Hieronder staan de productiecijfers van de 20 belangrijkste landbouwproducten van Niger , in 1990, 2000 en 2007.

Als we de ontwikkeling van de agrarische productie van alle Sahellanden bekijken ( zie hieronder), dan valt op dat alle Sahellanden tussen 1997 en 2007 een grote toename laten zien. Niger spant de kroon. Overigens betekent deze toename niet dat in de Sahellanden  het voedselprobleem voorbij is. Vooral de vaak sterke bevolkingsgroei consumeert soms de groei van de agrarische productie geheel. Voor veel arme landen vormt de bevolkingsgroei vaak de grootste bedreiging.
 

De toekomst van de Sahel voor wat betreft agrarische productie en landdegradatie wordt bepaald door 2 zaken: het verloop van de neerslagtrend en de ontwikkeling van bevolking en bodemgebruik in het gebied. Voor wat betreft de eerste component, de neerslag, is de voorspelling dat de positieve trend van de AMO nog wel zal aanhouden tot het midden van de 21e eeuw. De verwachting is dan ook dan de jaarlijkse neerslaghoeveelheden tenminste die van het eerste decennium van deze eeuw zullen zijn.

We hebben gezien dat de sturende factor de SST van de Atlantische Oceaan is. Het is interessant om te bezien wat de verwachtingen zijn ten aanzien van de SST als gevolg van een toename van het CO2-gehalte. Hoerling et al hebben op basis van de zogenaamde IPCC/PCMDI AR4 database hun toekomstverwachtingen voor wat betreft de neerslag vastgesteld.  (  Hoerling et al, Detection and Attribution of Twentieth-Century Northern and Southern African Rainfall Change, 2006, American Meteorological Society ). Daarbij heeft men gekeken naar de neerslagvoorspellingen van de modellen  bij stijgende CO2-gehaltes.  Genoemde dataset is een vergaarbak van alle relevante data van 18 klimaatmodellen die een rol hebben gespeeld in de totstandkoming van het vierde IPCC rapport. In onderstaande grafiek is de uitkomst afgebeeld.
 

Greenhouse gas forced simulated time series of Sahel July to September seasonal rainfall departures for 1950-2049. Rainfall is based on the monthly, gridded output of the 18 model averaged coupled OAGCM runs of the IPCC/PCMDI AR4 database. Bars denote the 18-model ensemble mean rainfall departures; red crosses the median value of the 18-model ensembles. Gray shading signifies the inter-quartile range of the ensemble rainfall departures. Superimposed dark (light) blue curves are the projected (observed) SST time series of the North Atlantic minus South Atlantic. Reference climatology is 1950-1999. Source: Hoerling et al.(2006).

Overigens moet hier worden aangetekend dat de spreiding in uitkomsten van de gehanteerde modellen erg groot is. Bovendien is het grote manco van de klimaatmodellen dat met name de terugkoppeling van wolken een gebied is waar nog veel onderzoek naar moet worden gedaan, zodat men terecht vraagtekens kan zetten achter de uitkomsten van het onderzoek van Hoerling et al. Lees hierover ook het hoofdstuk “De Feiten”, paragraaf “Klimaatmodellen”.

Voor wat betreft de menselijke kant van de zaak is het nog moeilijker om voorspellingen te doen. Veel hangt af van de economische en politieke ontwikkelingen binnen de Sahellanden. Het besef dat duurzaam bodemgebruik  inspanning vereist dringt langzamerhand steeds verder door. Bovendien hangt het succes van dergelijke inspanningen sterk af van de bevolkingsontwikkeling. Bij een sterke bevolkingsgroei zal veel eerder  de grens van de draagkracht van de plaatselijke ecosystemen worden bereikt dan bij een bescheiden groei.

Over de conclusie van het IPCC in de Samenvatting voor Beleidsmakers van het Werkgroep II Rapport  van het IPCC : “In the Sahelian region of Africa, warmer and drier conditions have led to a reduced length of growing season with detrimental effects on crops.”  hoef ik denk ik niets meer te zeggen.

9-7-2010

PBL en Sahel: hoe het IPCC de lezer bij de neus neemt.

Veel lezers zullen zich nog wel de hartverscheurende beelden herinneren van de massale hongersnood in de Sahel in de jaren ’70 en ’80 van de vorige eeuw. Met de Sahel gaat het gelukkig momenteel een stuk beter. Ik was daarom benieuwd wat het recente rapport van het PBL  - en daarmee het IPCC – over de Sahel te melden heeft. Omdat het PBL-rapport geen fouten of omissies gevonden heeft in het IPCC rapport over dit deel van Afrika ging ik er van uit dat er weinig bijzonders te melden was over de Sahel. Het tegendeel bleek echter waar. Met verbijstering en ongeloof  heb ik de Sahel-paragraaf gelezen.

De uitspraak van het IPCC die het PBL onder de loep nam staat op bladzijde 9 van de Samenvatting voor Beleidsmakers van het Werkgroep II Rapport:   "In the Sahelian region of Africa, warmer and drier conditions have led to a reduced length of growing season with detrimental effects on crops." .   Het eerste dat bij me op kwam na het lezen van deze zin was dat de vergroening van de Sahel blijkbaar niet doorgedrongen was tot de schrijvers van het recente IPCC-rapport. Bovenstaande conclusie van het IPCC blijkt gebaseerd op een tweetal zinnen in Paragraaf 1.3.6.1 van het Werkgroep II Rapport (zie pag. 104 en 106).

Die zinnen luiden:  ‘In Sahelian countries, increasing temperature in combination with rainfall reduction has led
to a reduced length of vegetative period, no longer allowing present varieties to complete their cycle (Ben Mohamed et al., 2002). En: ‘In the case of the Sahel region of Africa, warmer and drier conditions have served as a catalyst for a number of other factors that have accelerated a decline in groundnut production (Van Duivenbooden et al., 2002).’

Het PBL stelt terecht dat, alhoewel de tekst van de Samenvatting voor Beleidsmakers consistent is met de zinsnedes uit de hoofdtekst, de twee geciteerde case studies, die betrekking hebben op de teelt van gierst, pinda en kousenband in Niger, niet veralgemeniseerd kunnen worden naar een beschrijving voor ‘the Sahelian region’ en ‘effects on crops’. Een verbijsterende constatering: die keiharde alarmerende conclusie  over de Sahel in de Samenvatting is dus gebaseerd op 2 studies over de teelt van gierst, pinda en kousenband in Niger!

Uiteraard heeft het PBL om uitleg gevraagd aan de auteurs van het IPCC. Dit was het antwoord van de IPCC-auteurs (ik druk de betreffende alinea uit het PBL-rapport hier letterlijk af) :

“De reactie van de IPCC-auteurs was dat ‘the Sahelian region’ niet hetzelfde is als ‘the entire Sahelian region’ , en dat ‘effects on crops’ niet hetzelfde is als ‘effects on all crops’ . Bovendien wezen de auteurs ons op de titel van deze paragraaf (p. 9; Samenvatting voor Beleidsmakers van Werkgroep II) die zegt dat dit ‘examples’ (‘voorbeelden’) zijn en ‘have not yet become established trends’ (‘nog geen gevestigde trends geworden zijn’). Ze gaven verder aan dat dit duidelijk geen universele uitspraken zijn. Naar hun mening is het daarom niet nodig om bij elke uitspraak over regio’s expliciet te vermelden ‘delen van’, of bij elke uitspraak over een systeem te spreken van ‘enkele van’. Inderdaad maakt de disclaimer in het opschrift duidelijk dat dit voorbeelden en nog geen gevestigde trends zijn, maar het is voor ons niet vanzelfsprekend dat de uitspraak betrekking heeft op sommige gewassen in een deel van de Sahel regio.”

Voor alle duidelijkheid herhaal ik hier nogmaals de conclusie waarop bovenstaande reactie van de IPCC-auteurs betrekking heeft: ‘In the Sahelian region of Africa, warmer and drier conditions have led to a reduced length of growing season with detrimental effects on crops.’ . Dus als er staat “Sahel” betekent dat niet automatisch  “Sahel” omdat er niet gesproken wordt over de “gehele Sahel” .  En “crops” betekent pas “crops” als er “all crops” staat.  Na zoveel voorbehouden meen ik dat de conclusie in de Samenvatting voor Beleidsmakers van het Werkgroep II Rapport niet getrokken had mogen worden. Op dergelijke wijze generaliseren en van schaal wisselen zijn op de middelbare school al doodzonden en goed voor een diepe onvoldoende.

Uitermate beleefd is echter de reactie van het PBL  op deze “verduidelijking”  van de kant van het IPCC: “ We zijn dan ook van mening dat het beter was geweest als deze specificaties expliciet vermeld waren. Dit commentaarpunt heeft geen gevolgen voor de IPCC conclusies in de diverse Samenvattingen voor Beleidsmakers.”.  Dit laatste lijkt me een gotspe. Ik zou zeggen: weg met die conclusie, hij deugt van geen kanten.

De volgende keer meer over de huidige situatie in de Sahel. 

Het Planbureau voor de Leefomgeving en het IPCC

Bron:  Planbureau voor de Leefomgeving, Evaluatie van een IPCC-klimaatrapport, 2010.
 

Het Planbureau heeft het rapport “Evaluatie van een IPCC-klimaatrapport”   gepubliceerd, en dat aangekondigd door middel van een persbericht.

“Het Planbureau voor de Leefomgeving (PBL) heeft geen fouten gevonden die de hoofdconclusies van het wetenschappelijke VN-klimaatpanel IPCC uit 2007 over de mogelijke toekomstige regionale gevolgen van klimaatverandering ondergraven. Het rapport van het IPCC toont overtuigend aan dat die gevolgen al op veel plaatsen in de wereld zichtbaar zijn en ernstiger zullen worden als de aarde verder opwarmt. Wel is de onderbouwing van conclusies in sommige gevallen onvoldoende helder.”

Bovenstaand citaat is de eerste alinea uit het persbericht. Het onderzoek betreft het rapport van werkgroep 2, dat tot doel had de regionale gevolgen van klimaatveranderingen te onderzoeken. In zeven van de onderzochte 32 conclusies over de regionale gevolgen van klimaatverandering heeft het Planbureau fouten gevonden. Die fouten ziet u hieronder in de tabel. Hierin staan ook opgenomen de 2 grote fouten die reeds bekend waren en die zoveel stof hebben doen opwaaien:  het vermeende afsmelten van de Himalayagletsjers , en het % van het Nederlandse landoppervlak dat onder de zeespiegel ligt.

Bron:  Planbureau voor de Leefomgeving, Evaluatie van een IPCC-klimaatrapport, 2010.

Van de nieuw gevonden fouten wordt er slechts 1 aangemerkt als “groot”, namelijk de bewering dat er sprake zal zijn van productiviteitsafname van de visserij in Afrika bij verdubbeling van het CO2-gehalte. De conclusies waar het om gaat werden niet onderbouwd in de achterliggende hoofdstukken in het rapport van IPCC-Werkgroep II of de daarin geciteerde literatuur. Twee conclusies betroffen schaalfouten: een lokaal verschijnsel wordt gegeneraliseerd naar continentale schaal. 

Interessant is de volgende  conclusie in het hoofdstuk over Afrika: “Rond 2020 kunnen in sommige landen de opbrengsten van de regenwater afhankelijke landbouw tot 50% zijn afgenomen.”   Het PLB stelt terecht: “Deze uitspraak is niet zozeer een bewering over klimaatverandering, maar een uitspraak over klimaatvariabiliteit: in afzonderlijke jaren kunnen droogtes tot 50% reductie in de oogstopbrengsten veroorzaken. De impliciete boodschap is dat wanneer er als gevolg van klimaatverandering vaker droogtes zullen optreden, er meer jaren zullen zijn met een vermindering van oogstopbrengsten tot wel 50%. Deze uitspraak zou lezers gemakkelijk het foutieve idee kunnen geven dat de gemiddelde jaarlijkse oogstopbrengsten zouden kunnen afnemen tot wel 50% ten gevolge van klimaatverandering.”

Minstens zo interessant is dat deze conclusie is gebaseerd op een rapport van de International Institute for Sustainable Development (IISD) (Agoumi, 2003), waarin verwezen wordt naar studies die zijn uitgevoerd binnen het raamwerk van een UNEP-GEF project die het PLB niet kon traceren, en naar de Initial National Communications (INCs) van Marokko, Algerije en Tunesië. Echter, alleen de INC van Marokko (Kingdom of Morocco, 2001) maakt melding van een opbrengstafname in 2020, en dan alleen voor graangewassen, vooral in droge jaren. Samengevat : een generaliserende uitspraak over de voedselvoorziening in Afrika, gebaseerd op studies die zijn uitgevoerd binnen een niet-bestaand project, en op INC’s van Marokko, Algerije en Tunesië, waarvan alleen die van Marokko te achterhalen is…

Het PBL heeft verder vier nog niet eerder ontdekte fouten in literatuurverwijzingen ontdekt:

Bron:  Planbureau voor de Leefomgeving, Evaluatie van een IPCC-klimaatrapport, 2010.

Interessant zijn ook de andere opmerkingen die het PBL heeft over het IPCC-rapport. Zo stelt  het PBL  dat de Samenvattingen van het IPCC bijna alleen voorbeelden van de geschatte negatieve gevolgen van klimaatverandering geven. De auteurs van het IPCC beschouwen deze als het meest relevant voor beleidsmakers, zo stelt het PBL de lezer gerust. Deze ‘risicogerichte benadering’ (“overdrijven” zou ik zeggen) gaat geheel voorbij aan de positieve gevolgen van klimaatverandering. Het PBL vindt dat een duidelijke uitleg ontbreekt van de keuze voor deze risicogerichte benadering en de consequenties daarvan. Ook stelt het PBL dat beleidsmakers een compleet beeld van zowel de negatieve als positieve gevolgen zouden moeten krijgen in de Samenvattingen voor Beleidsmakers “zonder te willen suggereren dat positieve en negatieve gevolgen elkaar zouden kunnen neutraliseren”.

Een andere opmerking betreft het versterken van het reviewproces. Het PBL beveelt aan om het reviewproces op een aantal punten te verbeteren om zo het risico op fouten verder te beperken en de basis van de conclusies in de samenvatting te verbeteren. Het PBL stelt: “ Zorg er voor dat alle teksten volledig gedekt worden door expertreviewers. Het huidige reviewproces is over het algemeen tamelijk passief – het staat de expertreviewers vrij om commentaar te leveren op die delen van de tekst waar zij in zijn geïnteresseerd. Er is geen garantie dat gekwalificeerde expertreviewers alle delen van alle teksten, inclusief de literatuurverwijzingen, in detail bekijken.” Ook hier onverhulde kritiek op de werkwijze van het IPCC, en nog wel op een gebied waarvan de gesettlede klimaatonderzoekers vinden dat zij zich vaak onderscheiden van klimaatsceptische wetenschappers, namelijk de peer reviewing.

Tot slot geeft het PBL aan: “ Onze bevindingen vormen geen ontkrachting van de belangrijkste conclusies van het IPCC over gevolgen, adaptatie en kwetsbaarheid in relatie tot klimaatverandering. Er is ruimschoots bewijs te vinden in de waarnemingen dat natuurlijke systemen op regionaal niveau al door klimaatverandering worden beïnvloed. De negatieve gevolgen van onverminderde klimaatverandering brengen in de toekomst aanzienlijke risico’s met zich mee voor de meeste delen van de wereld. Deze risico’s nemen toe als de mondiaal gemiddelde temperatuur verder stijgt.”

Dat mag dan in de ogen van het PBL formeel wel zo zijn, maar dit onderzoek geeft mijns inziens duidelijk aan dat er iets schort aan werkwijze van het IPCC.  Na alle commotie van de afgelopen maanden over fouten geeft dit rapport niet de indruk dat er weinig aan de hand is.  De aanbevelingen van het PBL zijn robuust en wekken de indruk dat er nog veel te verbeteren valt aan de IPCC-rapportage.

Tot slot:  het rapport van het PBL betreft alleen de regionale gevolgen van klimaatverandering. De onderliggende klimaatmodellen waarop de regionale gevolgen zijn gebaseerd zijn geen onderwerp van onderzoek geweest. Die betrouwbaarheid van die modellen wordt de laatste tijd van diverse kanten betwijfeld, en niet alleen van klimaatsceptische zijde. En dan is er nog de AGW–hypothese die ten grondslag ligt aan alle modellen. De huidige hypothese van het toenemen van het broeikaseffect, waarop de IPCC-rapportage is gebaseerd op fysische wetten over absorptie en emissie van straling.  De temperatuur in de troposfeer is echter niet alleen afhankelijk van die stralingsabsorptie en -emissie , maar ook van een complex vertikaal warmtetransport waarbij de rol van waterdamp van groot belang wordt verondersteld. Over dat laatste is al het een en ander geschreven in het hoofdstuk “Nieuwe Inzichten”. In datzelfde hoofdstuk is ook de toenemende recente belangstelling beschreven voor de invloed van de zon op temperatuurveranderingen in de troposfeer. 

De IPCC-rapportage  is een bouwwerk dat geheel gefundeerd is op de AGW-hypothese en de daarop gebaseerde wiskundige modellen. Als zou blijken dat die onderbouwing niet deugt stort het hele bouwwerk als een kaartenhuis in elkaar.

De zeespiegel en het gravitatie-effect

In de bijdrage van Bert Amesz is op uitstekende wijze al een en ander uitgelegd over de zeespiegel en recente zeespiegelstijgingen. Zie “De Feiten”  onder “Zeespiegelstijging”.  Duidelijk was in elk geval dat het nog een hele opgave is om de globale zeespiegelstijging te meten en te berekenen. Vooral door de inzet vanaf 1993 van satellieten (Topex/Poseidon, Jason) is die berekening sterk verbeterd. Tot 1993 was men voor de data vrijwel geheel aangewezen op kuststations en een beperkt aantal meetpunten op zee.

Vanaf 1985 werkt men voor wat betreft de zeespiegelmetingen samen in een internationaal programma, GLOSS  genaamd (Global Sea Level Observing System).  Hierin werken een aantal zeemeetcentra samen, zoals PSMSL (Permanent Service for Mean Sea Level), BODC (British Oceanographic Data Centre) en UHSLC (University of Hawaii Sea Level Centre). Op onderstaand kaartje is de spreiding van de 290 meetstations van GLOSS te zien. De spreiding is erg ongelijkmatig, met – erfenis van het verleden – vooral veel kuststations. Maar GLOSS gebruikt tegenwoordig ook de satellietgegevens als aanvulling op de meetstations.  ( Bron:  GLOSS )

Het gemiddeld zeeniveau is een lastig begrip, omdat, anders dan men zou vermoeden, het water in zeeën en oceanen niet fraai op 1 niveau staat, zoals het water in een glas.  Er zitten allerlei bulten en laagtes in, soms lokaal, soms zich uitstrekkend over een paar duizend kilometers, en soms zelfs over nog grotere gebieden.  Een aantal van die bulten en dalen hebben een zekere periodiciteit, van enkele minuten tot een aantal jaren. De bekendste daarvan is de getijdenwerking als gevolg van de aantrekkingskracht van maan en zon. De rotatie van de aarde rond zijn as veroorzaakt ook een bult, de zogenaamde Chandler wobble. Maar ook allerlei andere zaken  zorgen ervoor dat het zeeniveau lokaal of regionaal ongelijk is.  Bekend is het ontstaan van tsunami’s als gevolg van aardbevingen, maar ook stormen, El Niño/La Niña, luchtdrukverschillen, neerslag en verdamping, periodiciteit in de dichtheid van water (temperatuur en zoutgehalte) en zaken als veranderende zeestromen kunnen het water doen opbollen of zakken. Kortom: het valt nog niet mee om het gemiddelde zeeniveau te bepalen. Kijk maar eens op het kaatje hieronder, dat het verschil in zeeniveau weergeeft tussen 1993 en 2008. De conclusie is duidelijk: er is geen uniforme zeespiegelstijging.

Bron:  NASA/JLP

De in de grafiek weergegeven zeespiegelstijging is dus sterk afhankelijk van de positie op aarde. Op wit ingekleurde locaties steeg de zeespiegel 10 millimeter per jaar, in de paarse gebieden trad een zeespiegeldaling op van 5 millimeter per jaar. Stel nu eens dat alle bovengenoemde effecten uitgeschakeld zijn, dan gedraagt het water in de oceanen en zeeën zich nog steeds niet zoals in een glas. De oorzaken daarvan zijn isostasie, verticale bewegingen van de aardkorst  als gevolg van bijvoorbeeld afsmelten van landijs of gebergtevorming, en het zogenaamde gravitatie-effect.

Wat isostasie doet kan men goed waarnemen in Scandinavië.  Vanwege het afsmelten van het landijs na de Weichselijstijd (vanaf 10.000 jaar geleden) veert het – ontdaan van de loodzware last van het ijs – stevig op.  Rond de Botnische golf liggen oude stranden die momenteel ver boven het huidige wateroppervlak uitsteken. De Höga Kusten/Kvarken rond de Botnische Golf is sinds de laatste ijstijd 285 m.  omhoog gekomen ten opzichte van het huidige zeeniveau.  En dan te bedenken dat het zeeniveau sindsdien zo’n 120 m gestegen is! Het laatste uur voor de Botnische Golf en de Oostzee is derhalve geslagen:  door de isostatische opheffing zal de verbinding met de Noordzee tussen Denemarken en Zweden over niet al te lange tijd verlanden, en de Oostzee/Botnische Golf zullen meren worden.  Datzelfde lot is vanwege dezelfde reden ook de Hudsonbaai in Oost-Canada beschoren, tenzij de volgende ijstijd snel aanbreekt. De isostatische uplift aan de zuidrand van de Hudsonbaai is zo'n 272 m. ten opzichte van het huidige zeeniveau. Hieronder een foto van de Höga Kusten. De toppen van de heuvels aan de overkant van de baai lagen 10.000 jaar geleden op zeeniveau.

Het gravitatie-effect is minstens zo spectaculair als isostasie. Daar waar grote massa’s aanwezig zijn wordt water aangetrokken, zoals de maan aan het zeewater trekt. Op onderstaande tekening is te zien hoe dat gaat.

Bron: Jerry Mitrovica & Natalya Gomez, University of Toronto

Door het afsmelten van een grote landijskap veert de aardkorst enigszins terug als gevolg van isostasie. Door het verdwijnen van de grote massa landijs daalt het zeeniveau relatief gezien in de nabijheid van de vrogere ijsmassa, en stijgt het relatief op grotere afstand.  Deze bewegingen zijn relatief, omdat uiteraard het afsmelten van een grote hoeveelheid landijs, zoals bijvoorbeeld het Groenlands ijs,  per saldo het zeeniveau overal zal laten stijgen. Alleen de mate waarin hangt dus af van de afstand tot de ijsmassa. Over die afstanden waarop het zeeniveau relatief daalt of stijgt, is al veel bekend.

Op onderstaande tekening is te zien wat het verdwijnen van een landijsmassa inhoudt voor de zeespiegel. Geofysicus Bert Vermeersen  van de TU Delft heeft berekend dat vanwege het gravitatie-effect bij afsmelten van landijs de zeespiegel tot op een afstand van 2200 km zal dalen. Tussen 2200 km en 6700 zal het niveau stijgen, maar minder dan op basis van het afgesmolten ijs zou mogen verwachten indien het water zich zou gedragen als in een glas water. Vanaf 6700 km zal het zeeniveau sterker stijgen dan verwacht.  (Vermeersen, A.A.J., Effects of ice-melt induced gravity changes and solid earth deformation in the Netherlands, Netherlands Journal of Geosciences (Geologie en Mijnbouw), 87 (3), 215, September 2008.)

In de tekening is de rode lijn 1 het zeeniveau met ijskap,  lijn 3 het zeeniveau met ijskap indien er geen gravitatie-effect ziu zijn, en lijn 2 het zeeniveau na het afsmelten van het landijs.  De afstanden van 2200 km en 6700 km zijn vaste afstanden, en gelden ongeacht de hoeveelheid ijs dat afsmelt.

Wat betekent dit nu voor het zeeniveau als er bijvoorbeeld 1 mm landijs afsmelt? Onderstaande kaartjes geven een beeld van de zeespiegelstijging in mm die dan optreedt.  Het bovenste kaartje toont de niveauverandering  als er 1 mm  ijs van Antarctica afsmelt, het onderste kaartje als er 1 mm ijs van Groenland afsmelt.  Bron: Mitrova c.s. (Mitrova et al, Recent mass balance of polar ice sheets inferred from patterns of global sea-level change, Nature 409, 1026-1029 , 2001).

Wat betekent een en ander nu voor Nederland? Nederland bevindt zich ten opzichte van Groenland in de zone tussen 2200 en 6700 km. Als al het landijs op Groenland zou smelten dan zou dat een gemiddelde zeespiegelstijging van ongeveer 7m veroorzaken.  Maar vanwege het gravitatie-effect blijft stijging aan de Nederlandse kust beperkt tot 2m .  Nederland ligt immers in de zone tussen de 2200 km en 6700 km verwijderd van Groenland. Een lichte ophoging van de zeeweringen zou de zaak hier aardig onder controle houden. Maar van afsmelten van de Groenlandse ijskap is geen sprake. Op het kaartje hieronder (bron Mitrova et al, 2001) is te zien wat het relatieve effect is als al het landijs van Groenland zou smelten. Donkerblauw is de zone waarin het zeeniveau zal dalen, terwijl de sterkste stijgingen (donkerrood) op het Zuidelijk Halfrond te vinden zijn.

Een geheel ander verhaal wordt het als al het ijs van Antarctica zou smelten. Dan zou het zeeniveau in onze contreien tientallen meters stijgen. Gelukkig is er geen enkele aanwijzing dat dat staat te gebeuren. Net zomin trouwens als het afsmelten van de IJslandse gletsjers, want dat zou een zeeniveaudaling in onze omgeving veroorzaken!
 

Het fysische proces dat het magnetisch veld van de zon veroorzaakt wordt de zonnedynamo genoemd. Het proces 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.

De richting van het magnetisch veld keert ongeveer elke 11 jaar om, waardoor de zonnevlekkencyclus gestuurd wordt. Behalve deze 11-jarige cyclus is er ook sprake van een periodiciteit op een langere tijdschaal. Die periodiciteit is goed te herkennen op de eerste figuur hierboven. Men kan de volgende periodes onderscheiden:

1645-1715  Maunder Minimum
1715 - 1780 reguliere oscillaties
1780-1880 zwak Dalton Minimum
1880 – 1924 reguliere oscillaties
1924 - 2000 Groot Maximum 20e eeuw
2000 – 2013  transitie naar volgende fase
2013 - ?  Groot Minimum

Cyclus 24 liet  lang op zich wachten : hij begon niet in 2007- 2008 zoals verwacht, maar pas heel zwakjes in 2010. Het polaire veld is zwakker dan ooit gemeten, wat ook wijst op een sterk verlate en zwakke cyclus 24. De top wordt rond 2014 verwacht. Ook bij het begin van het Maunder Minimum was er sprake van een dergelijke situatie zoals momenteel. NOAA houdt op haar website de zonneactiviteit nauwkeurig bij . Onderstaande grafiek is de meest recente en betreft het aantal zonnevlekken en het door NOAA voorspeld verloop van cyclus 24.

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 zijn 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. )

De variabiliteit van de zon wordt bepaald door 2 componenten van het magnetisch veld, de zogenaamde  torroidale component en de poloidale component. Omdat beide componenten niet direct worden gemeten gebruiken fysici – net als bij temperatuurreconstructies  -  proxies.  Voor de torroidale component is de Rmax , het maximum aantal zonnevlekken in een cyclus. De grafiek hierboven is daar een voorbeeld van. De proxy voor de poloidale magnetische  veldsterkte is aamin , de minimum waarde van de  aa magnetische component. In onderstaande grafieken is het verloop van beide proxies in de tijd weergegeven.

Die variabiliteit resulteert in een aantal karakteristieke cycli.  Afgezien van de 11-jaars Schwabe cyclus zijn de belangrijkste de Hale periodiciteit (17 – 32 jaar), de Lower Gleissberg (34 – 68 jaar), de Upper Gleissberg (72- 118 jaar) en de Suess (De Vries) ( ≈ 205 jaar).

Met behulp van Fourier-analyses hebben De Jager en Duhau getracht grip te krijgen op deze ogenschijnlijk ongeordende zonnecycli. Het blijkt dat het dynamosysteem van de zon zich geleidelijk ontwikkelt  via drie cycli, gescheiden door korte  chaotisch verlopende  transitiefases. Deze cycli zijn een stapeling van de Gleissberg cyclus  en twee daarvan afgeleide quasi-harmonischen, te weten een 50-jarige en een 20-jarige oscillatie.

Vanaf 2000 bevinden we ons in een dergelijke chaotische transitiefase, die volgens De Jager tot 2013 zal duren. Deze fase vormt dan de opmaat voor een relatief koude periode van tenminste 100 jaar. Intussen hebben klimaatalarmisten hierop al een voorschot genomen, lijkt het, door het begrip  AGW ,anthropogenic greenhouse warming,   te vervangen door ACC  , anthropogenic climate change (zie het artikel hier onder). 

Klimaatkritische wetenschappers minder wetenschappelijk?

Nog maar net  op deze site het artikeltje geplaatst over de ruim 750 peer reviewed klimaatkritische publicaties (zie hieronder) , en dan worden die kritische wetenschappers op een andere manier getackled. Een aantal wetenschappers  (geen klimaatwetenschappers)  heeft gepoogd de wetenschappelijke lat te leggen langs twee groepen publicerende klimaatwetenschappers. Anderegg e.a. publiceerden hun onderzoek in Proceedings van de National Academy of Sciences. De twee groepen zijn researchers convinced by the evidence (CE) of ACC and those unconvinced by the evidence (UE) of ACC  (anthropogenic climate change).

Wat direct opvalt is de afkorting ACC, daar waar tot nu toe veelal gesproken werd over AGW (anthropogenic global warming).  Een slimme zet, die de laatste tijd vaker gebruikt wordt door alarmisten, waarschijnlijk vanwege de stagnatie in de opwarming van de aarde het afgelopen decennium. “Change”  is altijd goed, zal men denken.

Al meer dan 750 klimaatkritische peer reviewed publicaties.

U kent ongetwijfeld  de wijze waarop door de aanhangers van het klimaatalarmisme vaak gereageerd wordt als er kritische berichtgeving is over de main stream opvatting van opwarming en menselijke schuld. Politici mochten rondom "Kopenhagen"  afgelopen jaar vele malen op radio en tv vertellen dat 99% (of nog meer) van de wetenschappers de AGW- hypothese onderschrijft. Natuurlijk zijn dat percentages die lijken op de verkiezingsuitslagen in Noord Korea of de voormalige Sowjet Unie, maar de constante herhaling van deze fantastische cijfers zou op den duur zijn heilzame werk wel moeten doen.

Ook wetenschappers deden een duit in het zakje, hoewel zij vaak wat voorzichtiger waren met cijfers en percentages. Maar ook in de wetenschappelijke wereld werd en wordt vaak een beetje minachtend of lacherig gedaan over kritiek op de AGW-hypothese. Er wordt dan gewezen op het feit dat vrijwel alle wetenschappelijke artikelen de AGW-hypothese ondersteunen en dat de wetenschappelijke neuzen vrijwel allemaal dezefde kant op staan. Kritische lezers weten intussen wel beter. Hoe klimaatwetenschappers werkelijk denken over issues van opwarming is al twee maal onderzocht door D.Bray en H.von Storch van het Institute for Coastal Research in Duitsland (D.Bray & H. von Storch, The Perspectives of Climate Scientists on Global Climate Change, 2007, Geesthacht) .  In het hoofdstuk "De Dogma's"  is onder "Er is consensus" al het een en ander hierover geschreven. Conclusie:  er is helemaal geen consensus onder klimaatwetenschappers over de grote issues van opwarming.

Die conclusie wordt nu ondersteund door een recent artikel van redacteur Andrew  van de kritische site Popular Technology.  Andrew doet  al een jaar goed werk door te turven hoeveel klimaatkritische  publicaties er verschenen zijn.  En hij doet dat zorgvuldig: alleen zogenaamde peer reviewed publicaties in wetenschappelijke tijdschriften neemt hij op in zijn tellingen. En wat blijkt? De teller staat momenteel al over de 750 publicaties. Aanvullingen, commentaren, correcties, errata, antwoorden en toegevoegde papers zijn niet meegerekend.

Omdat de lijst zo erg lang is kunt u hem als Worddocument downloaden. Veel publicaties zijn gelinkt naar het originele artikel in PDF formaat. Goed voor vele uren leesplezier!

Correlaties, causale verbanden en CO2.

De Simpsons Homer:  Geen beer te zien. De Berenwacht werkt prima! Lisa: Dat is een cirkelredenering ,pa. Homer:   [niet begrijpend] Dank je, lieve. Lisa: Op die manier kan ik bewijzen dat deze steen tijgers weghoudt. Homer:   Hmm. Hoe werkt dat? Lisa: Dat werkt niet; 't is maar een stomme steen! Homer:   Uh-huh. Lisa: Maar ik zie geen tijgers, jij wel? Homer:   (pauze) Lisa, ik wil jouw steen kopen.

Bovenstaand gesprekje van de Simpsons laat pijnlijk zien dat niet voor iedereen duidelijk is  wat oorzaak en gevolg is.  Beetje eenvoudig wellicht, maar wat dacht u van de volgende grafiek:

Deze grafiek wordt in allerlei varianten graag gebruikt door lieden die willen aantonen dat de mensheid met de huidige CO2-stijging de ondergang tegemoet gaat. Maar klopt die conclusie wel?  Om daar iets verstandigs over te zeggen is het van belang wat verder te kijken dan onze neus lang is. Uit  de statistiek kennen we het begrip correlatie.  In de statistiek spreekt men van correlatie als er een min of meer (lineaire) samenhang blijkt te zijn tussen twee reeksen metingen of variabelen. 

De sterkte van deze samenhang wordt beschreven met de correlatiecoëfficiënt.  Een correlatiecoëfficiënt  heeft een grootte die tussen  -1 en  +1 ligt. Bij +1 is er een volledige positieve correlatie, bij -1 een volledig negatieve correlatie, en bij 0 is er geen correlatie tussen twee verschijnselen.  Onderstaande figuur  toont mogelijke vormen van de grafische weergave  die bij een bepaalde correlatiecoëfficiënt  kan behoren.

Men is geneigd om op basis van een puntenwolk  als snel conclusies te trekken  over de correlatie tussen verschijnselen. Maar dat dient met voorzichtigheid te geschieden. Onderstaande grafieken hebben alle een correlatiecoëfficiënt  van + 0,816 , en kijk eens hoe divers de puntenwolken er uit zien.

Maar van groter belang is uiteraard of er sprake is van een causale correlatie, dus van een oorzakelijk verband tussen verschijnselen.  In een aantal gevallen is het  mogelijk om op basis van gezond verstand in te zien dat een bepaalde correlatie niet causaal zal zijn.  Zo is er op onderstaande grafiek een positief verband te zien tussen  de vruchtbaarheid van vrouwen en het voorkomen van ooievaars in de Elzas. (S. Mousset & J.R. Lobry, 2006, Epreuve Biologie et Modélisation, Université Lyon1).

Of deze: Twitteren doet de Dow Jones Index dalen:

Ook de sterke correlatie tussen het aantal rocksongs in de top500 van het blad Rolling Stone en de productie van ruwe olie in de USA moet wel op toeval berusten:

Ook  correlatie tussen het voorkomen van lynxen in Noord Amerika en het aantal zonnevlekken zal waarschijnlijk niet causaal zijn en op toeval berusten, ook al is de correlatie opvallend:

Dat dit zo is zie je als je een wat langere periode bekijkt dan de 2 decennia van bovenstaande grafiek. Als je beide verschijnselen bekijkt  van 1820 tot 1940, dan is te zien dat beide verschijnselen een periodiciteit vertonen, maar dat die van het voorkomen van lynxen iets verschilt van die van zonnevlekken. Verandering van tijdschaal  kan soms dus inzicht vertonen in de causaliteit van een correlatie.  Hier komen we later op terug, omdat dit ook een rol speelt bij de correlatie tussen CO2-gehalte en temperatuur.

Ook interessant is de correlatie die er lijkt te bestaan tussen het gebruik van elektronische apparaten en de mate van sociale interactie  (zie grafiek hieronder). Hier is men al snel geneigd om een oorzakelijk verband te veronderstellen Immers, zorgt  meer tijd besteden aan elektronische apparaten niet vanzelfsprekend voor minder tijd voor de medemens? Iedereen kan zich hier wat bij voorstellen denk ik.

Welnu, laten we terugkeren naar de grafiek die het begin vormt van dit artikel, het vermeende verband tussen CO2-gehalte en de temperatuur. Laten we eerst eens kijken naar de tijdschaal van deze grafiek,  die loopt van 1880 tot 2010. Op het eerste gezicht lijkt de opgaande trend van de temperatuurlijn  aardig overeen te komen met die van het CO2-gehalte. Wat gebeurt er als we de tijdschaal oprekken naar 400.000 jaar? Dat gaat er dan als volgt uitzien:

De periode beslaat het laatste deel van het Pleistoceen , waarin de 4 meest recente glacialen te zien zijn, en het huidige Holoceen. Er is sprake van een tamelijk duidelijke correlatie tussen CO2-gehalte en temperatuur. De oorzaak van deze grootschalige schommelingen in aardse temperatuur is de relatie tussen de aarde en de zon, ontdekt door de Servische wetenschapper Milankovic  (zie hoofdstuk Nieuwe Inzichten). Ook bij alarmisten staat dit mechanisme, dat zijn oorsprong vindt in  excentriciteit van de aardse baan rond de zon en obliquiteit en precessie van de aardas, vast. Deze correlatie tussen temperatuur en CO2 is door Al Gore handig in zijn documentaire An Inconvenient Truth gebruikt om te “bewijzen”  dat het CO2-gehalte de temperatuur stuurt.

Dat dit onjuist is blijkt als men als het ware inzoomt op de data. Al in 1990 hebben Claude Lorius en Jim Hansen  in hun publicatie over de Vostok ijskern aangetoond dat de fluctuaties van het CO2-gehalte de fluctuaties van de temperatuur volgen in plaats van sturen. ( Lorius e.a., 1990, The ice core record: climate sensitivity and future greenhouse warming, Nature vol.347)

De timelag die tussen temperatuur en CO2 waarneembaar is werd toen geschat op ongeveer 1000 jaar, tegenwoordig gaat men uit van een waarde van 800 jaar.  Die vertraging is het gevolg van vertraagde opname en uitstoot van CO2 door oceanen. Koud water kan immers veel meer CO2 oplossen dan warm water. Die tijdschaal van 800 jaar is gebaseerd op de  veranderingen in de oceaancirculatie en de sterkte van de "carbon pomp" (dwz de mariene biologische fotosynthese) die CO2 uit de atmosfeer naar de diepe oceaan transporteert. In onderstaande figuur is de CO2-cyclus met de uitwisseling tussen atmosfeer en oceanen weergegeven.

Lorius e.a. gaan er van uit dat CO2  vooral een versterkend effect heeft gehad op de temperatuurschommelingen. Overigens zijn er recente studies die op een kleinere timelag uitkomen, tot 200 jaar, zoals in een paper van Loulerge (Loulergue, L., Parrenin, F., Blunier, T., Barnola, J.-M., Spahni, R., Schilt, A., Raisbeck, G., and Chappellaz, J.: New constraints on the gas age-ice age difference along the EPICA ice cores, 0–50 kyr, Clim. Past Discuss., 3, 435-467, doi:10.5194/cpd-3-435-2007, 2007 ).

De correlatie tussen temperatuur en CO2-gehalte is op een geologische tijdschaal  een fraai voorbeeld van wat hiervoor al genoemd is “reverse causation”: niet het CO2-gehalte stuurt de temperatuur maar andersom. Maar hoe zit het met de correlatie op een kortere tijdschaal? Als men weer een blik werpt op de grafiek van temperatuur en CO2 van de afgelopen 400.000 jaar, dan is te zien dat op vele momenten er sprake is van een stijgende temperatuur en dalend CO2-gehalte, en andersom.

Maar laten we de eerste grafiek nog eens bekijken:

Met de kennis die we nu hebben van causatie en van het verloop van CO2-gehalte en temperatuur in het verleden is het niet moeilijk om te zien dat het gebruiken van deze grafiek om te “bewijzen”  dat de recente temperatuurstijging het gevolg is van de CO2-stijging  statistisch onjuist is. De grafiek zelf geeft ook enkele aanwijzingen hiervoor: zo daalt de temperatuur tot 1910, terwijl het CO2-gehalte  stijgt .  Bovendien begint de stijging van het CO2-gehalte pas sterk te worden na 1950, hetgeen overeen komt met de sterke industriële groei en welvaartsgroei na de Tweede Wereldoorlog.  Echter, de sterke stijging van de temperatuur tussen 1910 en 1940 is niet te verklaren door de tamelijk geringe CO2-stijging in die periode. Bovendien daalt de temperatuur tussen 1940 en 1980, terwijl in deze periode het CO2-gehalte flink gaat stijgen. Tenslotte stijgt CO2 vrolijk verder, terwijl na 2000 de temperatuurstijging stagneert.

Wat kan men nu concluderen? In de eerste plaats dat het geologisch verleden toont dat het CO2-gehalte in de atmosfeer vooral de temperatuurveranderingen volgt in plaats van initieert, als gevolg van uitwisseling van CO2 tussen atmosfeer en oceanen. Er is sprake van een third cause fallacy, namelijk de relatie tussen zon en aarde. In de tweede plaats  is het zo dat op een tijdschaal van ruim een eeuw er geen duidelijke correlatie te zien is tussen CO2-gehalte en temperatuur.

Uiteraard is het een feit dat CO2 een broeikasgas is, dat in elk geval in laboratoriumopstellingen infraroodstraling kan absorberen. In een dergelijk eenvoudig systeem is de sensitivity van een CO2-verdubbeling ongeveer 1,1 °C.  Maar de atmosfeer, of beter het atmosfeer-oceaansysteem is een onvoorstelbaar complex systeem in vergelijking met eenvoudige lab-opstellingen. Zo zijn er feedbacks die het verband tussen temperatuur en CO2-gehalte beïnvloeden. Bekend is dat de door het IPCC gehanteerde  klimaatmodellen uitgaan van een sterke tot zeer sterke positieve feedback, terwijl anderen uitgaan van kleinere effecten als gevolg van negatieve feedbacks. Het verst gaan Miskolzcy , van Andel en anderen,  die stellen dat de temperatuur zich in een natuurlijk evenwicht bevindt, dat slechts beïnvloed kan worden door externe factoren.  Zie hiervoor het hoofdstuk Nieuwe Inzichten. Er zijn aanwijzingen dat de recente temperatuurstijging van de afgelopen eeuw , het "terugveren"  van de temperatuur uit de dip van de Kleine IJstijd, mede het gevolg is van veranderingen van de zon. Zonnevlekken kunnen hierin een grote rol spelen.  

Over deze laatste inzichten binnenkort meer. 
 

De zon en de koude Europese winters

De recente koude winter in West Europa heeft ook de aandacht van klimatologen. De zon blijkt een grotere rol daarin te spelen dan tot nu toe gedacht. Voor Groot-Brittannië was het al de tweede koude winter op een rij, en het is dus niet verbazingwekkend dat daar de belangstelling voor het fenomeen  groot is. Van het bericht van 7 januari j.l. weten we al dat de NAO (Noord Atlantische Oscillatie) daar een rol in speelt, alsook de zogenaamde Arctische Vortex.

Bron:  The Arctic Climate System  (Serreze + Barry, 2005)

De Arctic Vortex is een langdurige  grootschalige luchtcirculatie in de bovenlucht (bovenste deel  troposfeer en stratosfeer). De Vortex wordt gevormd door koude lucht  hoog in de atmosfeer, vanaf 5 kilometer boven het aardoppervlak. Deze aanwezigheid van kou levert lagedrukwerking op in de bovenlucht, waardoor rond de Vortex een sterke stroming in de bovenlucht ontstaat met extreem koude lucht. De Arctic Vortex is gekoppeld aan een ander atmosferisch fenomeen, de Arctische Oscillatie  (AO). Dat is een samenstel van twee tegengestelde druksituaties op hogere breedten. De Arctische Oscillatie heeft de sterkste invloed op het weer in Europa en Noord Amerika gedurende de late herfst en de winter. In de andere jaargetijden zijn de invloeden veel minder uitgesproken.

Bron:  The Arctic Climate System  (Serreze + Barry, 2005)

De positieve fase van deze oscillatie bestaat uit sterke hogedrukgebieden in de buurt van de Azoren en diepere lagedrukgebieden boven IJsland, waardoor grote hoeveelheden zachte lucht ver naar het noorden wordt gebracht. Deze situatie boven het noorden van  de Atlantische Oceaan wordt ook wel een positieve fase in de NAO genoemd (Noord Atlantische Oscillatie). Op bovenstaande figuur is een typische drukverdeling weergeven bij een positieve NAO, waardoor met ZW wind grote hoeveelheden zachte lucht West Europa binnenstromen. Als de NAO negatief is, verandert de drukverdeling op hogere breedten, en wordt de sterke westenwind in de bovenlucht, die de Arctic Vortex begeleidt, veel zwakker. Door deze veranderingen kunnen grote hoeveelheden zeer koude lucht tot ver naar het zuiden zakken.

Bron:  NSIDC

Een negatieve index biedt goede kansen voor het ontstaan van noordelijke hogedrukgebieden. De westcirculatie zakt dan ver naar het zuiden weg of verdwijnt grotendeels. Het zijn deze noordelijke hogedrukgebieden die in Nederland winterweer brengen. Wanneer deze zich in de buurt van IJsland bevinden hebben we veelal te maken met een noordelijke stroming en dus vrij lage temperaturen en vaak sneeuwbuien.  Op onderstaande figuren is de luchtdrukverdeling weergegeven die typisch is voor een positieve (  links) en negatieve NAO fase (rechts).

Bron:  The Arctic Climate System  (Serreze + Barry, 2005)

Wanneer we kijken naar de NAO index vanaf 1860  (figuur hieronder) dan valt op dat tijdens koude winters de NAO-index veelal negatief was. Voorbeelden zijn de winters van de jaren '40 en de winters van 1956, de koude jaren '60, 1979 en 1996. Vaak blijft de NAO-index enige jaren achtereen relatief laag. Mede daarom komen koude winters vaak in clusters voor.

Het verschuiven van hogedrukgebieden dat afwijkend is van de algemene luchtcirculatie en de daarmee gepaard gaande blokkering van westenwind heeft alles te maken met de ligging van de zogenaamde straalstromen, die op grotere hoogte waaien. Men spreekt van een straalstroom als de wind op die hoogte een snelheid heeft van meer dan 100 kilometer per uur (windkracht 11 of meer). Regelmatig worden echter hogere windsnelheden bereikt van soms zelfs meer dan 350 kilometer per uur.

De belangrijkste straalstromen op aarde zijn westenwinden.  Straalstromen liggen met enkele grote meanders rond de aarde. De sterkste straalstromen vindt men nabij de polen, op ongeveer 7-12 km boven de zeespiegel, en de iets zwakker subtropische stromen op ongeveer 10-16 km. Voor dit verhaal is alleen de polaire straalstroom op het Noordelijk Halfrond van belang. Zo’n straalstroom ligt met enkele meanders als een lint rond de aarde.   Maar dat is niet altijd zo: een straalstroom kan zich splitsen in twee of meer delen, in verschillende richtingen stromen,  en zelfs  in tegenovergestelde richting stromen. Deze noordelijkste straalstroom vormt de grens tussen aangrenzende luchtmassa's met aanzienlijke verschillen in temperatuur, namelijk de zeer koude lucht van het poolgebied en de warmere lucht vanaf de evenaar.

Barriopecho e.a. ( Barriopecho e.a., A Climatology of Northern Hemisphere Blocking, 2006, Journal Of Climate ) hebben een onderzoek gedaan naar zogenaamde blokkerende situaties  waarbij de straalstroom betrokken is. De geografische ligging van de grote meanders in de straalstroom en hun hellinghoek  bepalen heel sterk het weer op het noordelijk halfrond. Bij een blokkerende situatie verhinderd de ligging van de straalstroom de “normale”  westcirculatie die in onze regio ‘s winters zachte lucht meevoert. Gevolg is dat in plaats  van deze zachte  lucht koude luchtmassa’s binnenstromen uit het noorden of noordoosten. Dergelijke blokkerende situaties doen  zich voor in een viertal zones op het noordelijk halfrond, waarvan die boven de Atlantische Oceaan (ATL) voor Europa van belang is.  De koude meimaand die net achter de rug ( de koudste van de afgelopen 20 jaar in ons land) is daar ook een gevolg van.

Naar aanleiding van de recente koude winters  hebben Lockwood e.a. (Lockwood e.a., Are cold winters in Europe associated with low solar activity?, 2010, E.R.L)  onderzoek gedaan naar de relatie tussen het ontstaan van genoemde blokkades en de mate van zonneactiviteit. Daartoe hebben ze de temperatuurreeks van Central England Temperature (CET) gebruikt , een dataset die al in 1659 begint. De correlatie tussen zonneactiviteit en luchttemperatuur was al langer bekend. Gedurende het zogenaamde Maunder Minimum in de 17e eeuw (Kleine IJstijd) waren de winters in West Europa aanmerkelijk kouder dan “normaal”.

Lean e.a. hebben in 2008 al de invloed van zonneactiviteit op het Noord-Europese klimaat beschreven. (  J. L. Lean and D. H. Rind , How natural and anthropogenic influences alter global and regional surface temperatures: 1889 to 2006 , Geophys.Res.Lett., 35, L18701, doi:10.1029/2008GL034864, 2008).

Het windpatroon boven het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan hangt nauw samen met de NAO. Is deze positief, dan is er een sterke westcirculatie die overwegend zachte winters brengt. In de periode 1965-1995 die Lockwood onderzocht is de NAO veelal positief geweest, resulterend in stijgende wintertemperaturen in West Europa. Op de figuur  hierboven is duidelijk te zien dat in genoemde periode de NAO index positiever werd.

Ook de zonneactiviteit was in deze periode hoog. Lockwood reconstrueerde de zonneactiviteit in de totale periode van de CET door te kijken naar het aardmagnetische veld, dat fluctueert met de zonneactiviteit. De correlatie was frappant: lagere temperaturen correleren goed met lagere zonneactiviteit en een hogere cosmic ray flux.  Voor uitleg over dit laatste zie hst. Nieuwe Inzichten,  par. Henrik Svensmark.

De tweede mogelijkheid is dat de straalstroom gevoelig is voor verstoringen van stratosferische temperatuurveranderingen als gevolg van zonneactiviteit. Lage zonneactiviteit zou dan de stratosferische polar vortex verstoren, waardoor de straalstroom in het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan  blokkerende eigenschappen krijgt. Gevolg: een langere periode met wind uit het noorden tot noordoosten. Er kan dan een feedback ontstaan de stratosfeer een troposfeer waarbij enerzijds het stratosferisch windpatroon de ligging van de straalstroom beïnvloedt, en anderzijds de troposfeer die de situatie in de stratosfeer in stand houdt door wat genoemd wordt een “upward propagating planetary wave disturbances”,  de zogenaamde Rossby waves. Wellicht over dit fenomeen later meer.

Dus: de zon heeft een stevige invloed op het winterweer in West Europa, en zolang de zonneactiviteit laag blijft kunnen we nog meer strenge winters verwachten.  

De ijsdikte wordt gemeten met behulp van een instrument dat met behulp van twee opgewekte electromagnetisch (EM) velden  de ijsdikte meet. De op deze wijze verkregen data ziijn vanaf 2001 voorhanden .  Voor wie geïnteresseerd is in de meetgegevens kan op deze site  de data vinden onder “Point data”.

Tot voor kort werden de metingen met behulp van een helikopter gedaan, hetgeen de actieradius flink beperkte. Op onderstaand kaartje zijn de diverse datavluchten weergegeven.

In april 2009 is voor het eerst gebruik gemaakt van een vliegtuig ,  dat over belangrijke regio's van oud ijs in de Noordelijke IJszee tussen Svalbard en Alaska vloog. De actieradius nam daardoor flink toenam, en daarmee de hoeveelheid gegevens (clusters) die ter beschikking kwam zoals in onderstaand diagram te zien is.

Hiedronder een grafiek die de data weergeeft van de aprilvlucht met het vliegtuig.

Diagram shows the median (black) and the 5th, 25th, 75th, and 95th percentile values for each month. The star marks the mode.

Uit de meerjarige meetgevens blijkt dat de gemiddelde dikte van oud ijs sonds 2007 weinig veranderd is,  de variatie bleef volgens de onderzoekers binnen het verwachte bereik van de natuurlijke variabiliteit. Waarmee weer een alarmistisch ballonnetje is doorgeprikt.
 

10-5-2010

Temperatuur  Noordpoolgebied sterk  beïnvloed door AMO

Ter voorbereiding op hun recente publicatie  “Twentieth century bipolar seesaw of the Arctic and Antarctic surface air temperatures”  (  Chylek, P., C. K. Folland, G. Lesins, and M. K. Dubey (2010), Twentieth century bipolar seesaw of the Arctic and Antarctic surface air temperatures, Geophys. Res. Lett., 37, L08703, doi:10.1029/2010GL042793. ) hebben Chylek e.a. afgelopen tijd al enig voorwerk gedaan.

Bovengenoemde publicatie wil ik graag binnenkort  bespreken, maar eerst aandacht voor de reeds genoemde eerste publicatie. Het gaat om “Arctic air temperature change amplification and the Atlantic Multidecadal Oscillation” van dezelfde groep auteurs aangevuld met Muyin Wang  (  Chylek, P., C. K. Folland, G. Lesins, M. K. Dubey, and M. Wang (2009), Arctic air temperature change amplification and the Atlantic Multidecadal Oscillation, Geophys. Res. Lett., 36, L14801, doi:10.1029/2009GL038777. )

De afgelopen jaren is de mensheid gebombardeerd met alarmerende  berichten over het smelten van het Arctische drijfijs, maar ook over afsmelten van het landijs op Groenland, en het verdwijnen van permafrost uit Arctische en Subarctische gebieden. Daarom is het van groot belang om inzicht te hebben in de temperatuurschommelingen in het gebied. Zoals bekend ging de afgelopen decennia de temperatuur in het Arctische gebied sterker omhoog dan globaal. Chylek e.a. hebben onderzocht hoe dat kan en zijn tot opzienbarende ontdekkingen gekomen.

Aangenomen wordt dat de gemiddelde temperatuur op aarde sinds 1900 met ongeveer 0,7 °C is toegenomen, als gevolg van een aantal natuurlijke en menselijke factoren zoals variaties in zonnestraling, vulkanische activiteit, variaties in de koppeling tussen oceaan en atmosfeer, verandering in albedo, de uitstoot van aerosolen door de mens en uiteraard de stijging van het CO2-gehalte. Met name de laatste factor, de stijging van het CO2-gehalte  als gevolg van menselijke activiteiten, is de afgelopen jaren aangewezen als de belangrijkste veroorzaker van de genoemde temperatuurstijging.

De temperaturen in de Arctische regio volgen de globale temperatuurvariaties versterkt, naar men aanneemt deels  als gevolg van de ijs/sneeuw-albedo-tegenkoppeling. Chylek e.a. hebben geprobeerd  in de voor handen zijnde temperatuurreeksen  bewijzen te vinden voor die versterkte temperatuurvariaties, alsook voor een eventuele natuurlijke variabiliteit.  Men gebruikte de NASA/GISS data van 37 weerstations in de Arctische regio.

Op onderstaande grafieken is  het verloop van de globale temperatuur te zien (rechts) alsook die van de Arctische regio (links). Duidelijk is te  zien dat er sprake is van een versterkt effect in de Arctische regio.  Let hierbij op de verschillende verticale schalen!  Grofweg zijn er in de Arctische regio drie trendperiodes te onderscheiden:  1910-1940,  1940-1970 en 1970-2008. 

Als men de drie trendperiodes in ogenschouw neemt, dan valt op dat de temperatuur in het Arctische gebied veel heftiger fluctueert dan de globale temperatuur. In de onderstaande tabel is dat verschil goed te zien. De eerste kolom geeft de trend van de oppervlaktetemperatuur in de Arctische regio  ( in °C/decennium), de tweede kolom geeft de trend weer van de globale temperatuur op het land, en de derde kolom is de verhouding tussen de Arctische en de globale trend, de zogenaamde Arctic Amplification.

Wat opvalt is dat de Arctic Amplification  in de eerste opwarmende periode en vooral de tweede afkoelende periode veel groter was dan in de derde opwarmende periode. Chylek komt tot de conclusie dat deze verschillen niet verklaard kunnen worden  door de toename van aerosolen van 1940-1970 en de afname daarvan na 1970.  Ook de afname van het Arctische drijfijs  gedurende de afgelopen decennia geeft volgens het onderzoeksteam onvoldoende verklaring. De verklaring moet gezocht worden in een koppeling met de zogenaamde thermohaline circulatie in het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan, waar de Noord-Atlantische Drift/Golfstroom een onderdeel van uitmaakt. De oppervlaktetemperatuur (SST) van  het zeewater  vertoont een zekere periodiciteit, de zogenaamde Atlantische Multi-decadale  Oscillatie (AMO).

Die veronderstelde link tussen de temperatuur in de Arctische regio en de AMO wordt ondersteund door het feit dat er een sterke correlatie is tussen de AMO en de temperatuur in de Arctische regio. In onderstaande grafiek is te zien dat de temperatuur nauw correleert met de beide AMO-indices van NOAA  (gebaseerd op de SST van het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan) en die van Parker (globale SST).

Conclusies van Chlek e.a.:   de verhouding van de Arctische temperatuur/mondiale temperatuur, de zogenaamde Arctic Amplification, varieert op een multi-decadale tijdschaal. De algemeen aangehangen hypothese dat de Arctic  Amplification  een factor 2-3 groot is geldt alleen  voor laatste  periode 1970-2008.  In beide voorafgaande periodes was de Arctic Amplification veel hoger, tot wel een factor 13. Oorzaak daarvan is de  variabiliteit van de SST van het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan, de zogenaamde  AMO.  Verdere analyses moeten meer licht werpen op de invloed van de AMO en andere natuurlijke variabelen op de temperatuur in het Noordpoolgebied.