Klimaatverandering deel 3 – De klimaatmodellen
Module 3.1 Introductie tot basis klimaatmodellen en demonstratie modellen
In onze vorige lessen kreeg je in deel 1 een introductie in klimaat en klimaatverandering. Daarin legden we uit wat de klimaatverandering is, waarom we ons daar zorgen over moeten maken. Om dat te kunnen begrijpen, gaven we een eenvoudig overzicht van hoe het klimaatsysteem in mekaar zit, hoe de energiebalans van de aarde werkt, de globale circulatie systemen en leerden we wat feedback mechanismen zijn en wat de koolstofcyclus is.
Deel 2 focuste op de observatie en het meten van de antropogene klimaatverandering. We bekeken en maten de veranderingen in de atmosferische broeikasgassen, trends in de recente oppervlakte temperaturen, de oceanen. We leerden over extreem weer en over zee-ijs, gletsjers en het wereldwijde zeeniveau. En we zochten en vonden paleo-klimaatbewijs van de klimaatverandering.
Kortom we hebben het bewijs gevonden dat aangeeft dat het klimaat opwarmt en er hierdoor systeemveranderingen optreden. Er zijn heel sterke aanwijzingen dat deze opwarming veroorzaakt wordt door de verbranding van fossiele brandstoffen door menselijk toedoen, die extra C02 in de atmosfeer brengt. Dat toont deze animatie. Maar wetenschappelijk moeten we dat oorzakelijk verband nog bewijzen.
Het zoeken naar het oorzakelijk verband gebeurt door alle wetenschappelijke kennis, waarnemingen en metingen in modellen te gieten. Dat laat ons toe hypothesen over de verdere klimaatverandering te testen, maar ook om het model aan historische klimaatveranderingen te toetsen op hun correctheid.
We beginnen in de volgende module met het eenvoudig klimaatmodel, ook het Zero dimensionele Energie Balans Model genoemd (ZEBM). Maar eerst nog een woordje algemene uitleg over klimaatmodellen.
Vergelijk de inkomende straling van de zon (korte golfstraling) en de uitgaande aardstraling (lange golfstraling). Een grafische afbeelding ervan kan je hierboven zien. Het model houdt dus geen rekening met regen, ijs, wind, regionale verdeling, breedtegraadligging enz. Het is een optel- en aftreksom van inkomende en uitgaande stralingen. Zo kan je berekenen of er een algemene gemiddelde opwarming is wereldwijd.
Natuurlijk gebruiken wetenschappers veel ingewikkelder modellen. Ingewikkeld moet je begrijpen als zijnde : hoe meer parameters van verschillende klimaatbepalende factoren er in het model worden opgenomen, hoe ingewikkelder maar ook dichter bij de realiteit.
De modellen die rekening houden met al deze factoren heten de Volledig gekoppelde Klimaatmodellen. Die houden bv. rekening met de atmosferische of oceanische gegevens tot op lokaal niveau. Hiervoor wordt het aardoppervlak in blokjes verdeeld tot met een zijde van zelfs maar 1 km lengte, wat al heel gedetailleerd is. Hieronder zie je een grafische afbeelding van een complex gekoppeld klimaatmodel, voor Spanje in dit geval). Per box wordt de temperatuur, regen, wind enz. gemeten, berekend en gekoppeld.
In feite is dit vergelijkbaar met hoe het KMI de weersvoorspellingen berekent, met dit verschil dat de klimaatmodellen alles wat er gebeurt in de oceanen, biosfeer, koolstofcyclus en ijs mee in de berekeningen neemt.
Enkele afbeeldingen van die parameters en gegevens die in de modellen gestopt worden kan je hieronder grafisch voorgesteld zien.
Afb.1 hoe de aarde (incl. oceanen) opgedeeld wordt in boxen ; en met wat binnen een box rekening wordt gehouden.
Afb. 2 : Een voorbeeld van het Eurazische ijsplaat model
Afb. 3 : Oppervlaktetemperatuur en zoutgehalte oceanen in het Krijttijdperk
Afb. 4: De windsystemen op aarde
Om die volledig gekoppelde klimaatmodellen te kunnen berekenen en hanteren heb je enorm veel rekenkracht (= supercomputers) nodig. Vandaar ook dat met het vorderen van de computerchip technologie er ook complexere modellen mogelijk werden. Dat verklaart waarom in het verleden sommige zaken niet konden worden berekend en nu wel.
Waarvoor gebruikt de wetenschap dan de klimaatmodellen?
In eerste instantie laten de wetenschappers hun modellen los op het klimaat uit het verleden. Daarmee controleren ze of het beeld dat het model schetst, klopt met de historische realiteit van de periode die men simuleert. Zo test je de betrouwbaarheid van het model. Als je bv. het klimaat van het Krijttijdperk simuleert en dat vergelijkt met de historische/paleo data die we daarover hebben, moet dat consistent zijn. Is dat niet het geval dan klopt je model niet.
Eens je hebt vastgesteld dat je model werkt, kan je aan de slag met projecties op de toekomst uit te voeren. Dat doe je door de parameters te veranderen in je model. Dat kan bv. door de C02 concentratie in je model te verhogen. … en dan zorgen al deze berekeningen en wiskundige oplossingen ervoor dat we een zicht krijgen op wat er zal gebeuren in de atmosfeer (temperatuur, neerslag), chemische reacties, de biosfeer, oceanen, ijs. Kortom we kunnen hierdoor als wetenschappers gefundeerde wetenschappelijk getoetste voorspellingen gaan doen over de klimaatopwarming en de invloed op de weersystemen, atmosfeer en oceanen en op de mens en de biosfeer.
Alle afbeeldingen in deze tekst zijn afkomstig van de SDG Academy en Penn State University online cursus ‘Climate Change, the Science’ onder creative commons licentie
Reactie toevoegen