Deze keer schotelen we u een lange les voor van 3 modules. In deze coronatijden heeft u er misschien de tijd en de zin voor. Hou het gezond, blijf in en rond uw kot, blijf bewegen, en zie elkaar graag.
Module 4.4 Valideren van de verschillende klimaatmodellen
Hoe bewijzen we dat de klimaatmodellen die we als wetenschappers gebruiken betrouwbaar zijn? James Hanssen bewees in 1988 al dat dit het geval is. Dat deed hij in het Congress van de USA met het EdGCM (zie les 17 module 4.3).
Hij gebruikte historische data en gegevens over het klimaat en het weer uit het verleden. Die voerde hij in zijn EdGCM klimaatmodel in. Zo zag hij dat wat het model op basis hiervan ‘voorspelde’, klopte met het werkelijke klimaat uit het verleden. Dat bewijst dat het gebruikte model accuraat en juist is.
Daarna deed hij simulaties in dit model uitgaande van een hoog, gemiddeld en laag gebruik van fossiele brandstoffen in de toekomst. In bovenstaande grafiek zie je wat hij in 1988 voorspelde. En dat komt verbazend goed overeen met wat we tot nu toe effectief vaststellen en meemaken. De blauwe lijn is wat Hanssen’s model voorspelde, de rode lijn is wat de opwarming werkelijk was tot 2005.we lijn). Alleen in 1992 zien we een markant verschil. De reden is de enorme vulkaanuitbarsting van de Pinatubo in 1991. Waarom pas in 1992 merkbaar? Omdat het zes maanden duurt voor het stof en de assen en rook zich wereldwijd hebben verspreid in de atmosfeer. Hanssen liet na de uitbarsting dit fenomeen opnemen in zijn model en het bleek dat de voorspelde knik in de temperatuurstijging perfect klopte met wat er in werkelijkheid gebeurde. (nl.0,8°C minder) opwarming).
De zwarte lijn is wat het model voorspelde, de blauwe is wat er werkelijk gebeurde. Van waar het verschil? Omdat er ook in 91-93 een ander moeilijk voorspelbaar fenomeen bijzonder krachtig was: El Nino, die de afkoeling door de Pinatubo iets compenseerde.
Sinds dit onweerlegbaar bewijs van de correctheid van de klimaatmodellen heeft het IPCC de verschillende modellen die rekening houden met alle mogelijke parameters gevalideerd, omdat ze behoorlijk correct het klimaat uit het verleden nabootsten. We kunnen er dus van op aan dat de voorspellingen ook behoorlijk correct zullen zijn.
Module 4.5: de Klimaatverandering opsporen/waarnemen
Hoe zoeken we de ‘vingerafdruk’ van de menselijke oorzaak van verandering van het klimaat. Onze modellen bewijzen dat ze accuraat zijn voor het nabootsen van het historische klimaat en bruikbaar voor het toekomstig klimaat. Hoewel de klimaatverandering nu eerder abnormaal en ongezien is, is dat op zich nog geen bewijs dat de mens er verantwoordelijk voor is.
Maar onze klimaatmodellen laten ons wel toe het oorzakelijk verband tussen de menselijke activiteit en de klimaatopwarming te onderzoeken. Komt de klimaatverandering door natuurlijke fenomenen of komt ze door menselijke en natuurlijke factoren?
In bovenstaande grafiek kan je links (blauw) de natuurlijke factoren en hun impact op de temperatuur zien. De zwarte lijn is de geobserveerde temperatuur. Rechts zie je de impact van natuurlijke oorzaken en menselijke oorzaken. Opnieuw is de zwarte lijn de werkelijke geobserveerde temperatuur. Het is duidelijk : natuurlijke oorzaken verklaren NIET de snelle opwarming van het aards klimaat.
Ja, maar zeggen critici, jullie hebben de Solar output (zonnestraling) verkeerd ingeschat. Wat als die op de menselijke impact lijkt? En inderdaad, de effecten van meer zonnestraling of die van meer CO2 (door de mens) in de atmosfeer, zijn aan de aardoppervlakte grotendeels gelijk.
Maar in de atmosfeer zijn de gevolgen helemaal anders. Door CO2opwarming warmt de troposfeer op (de laag tot 10-14 km hoog) en koelt de stratosfeer (bovenste laag) af. De broeikasgas opwarming is dus eigenlijk een nul-operatie omdat wat de troposfeer opwarmt, wordt door de afkoeling van de stratosfeer gecompenseerd.
Bij verhoging van de zonnestraling warmt echter de hele atmosfeer op , dus zowel de troposfeer als de stratosfeer. En dat zien we nu net niet bij deze opwarming van de aarde.
Vulkanen stoten ook C02 uit, maar dat mechanisme werkt nog anders. Bovendien zorgen die in eerste instantie zelfs voor een afkoeling (cfr. Pinatubo uitbarsting in 1991). De conclusie is dat enkel de menselijke broeikasgas uitstoot en haar effect in overeenstemming is met wat we zien/meten/vaststellen.
Module 4.6 Klimaatgevoeligheid
De vraag in de klimaatmodellen is hoe de temperatuur zal reageren op extra broeikasgassen. Een C02 verdubbeling (280 ppm naar 560 ppm) zorgt voor een temperatuurstijging van vermoedelijk gemiddeld 3°C, maar de variatie ervan zit tussen 1,5°C en 4,5 °C!
Hoe kunnen we dit exacter berekenen/voorspellen? In de modellen doen we dit door de parameters te variëren. Die parameters zijn de natuurlijke factoren zoals vulkaanactiviteit, zonnestraling en de menselijke factoren zoals broeikasgasuitstoot, aerosoldeeltjes. Dan is het kwestie van te kijken welke versie van het model het dichtst aansluit bij de historische observaties. Deze zijn wat de atmosfeer betreft beschikbaar sinds de 19e eeuwse waarnemingen, voor de oceanen zijn die beschikbaar vanaf 1960 en we hebben de oudere bevindingen uit ijsboringen, sedimenten, boomringen en vulkanische activiteit. Zo kunnen we tot 22.000 jaar terug gaan in de tijd.
Die bevindingen vergelijken we dan met de modellen. Met andere woorden, we toetsen het klimaat dat de modellen voor het verleden ‘voorspellen’ met het geologische verleden en de metingen door onze instrumenten (sinds 19e eeuw).
Wetenschappers spreken over ‘ECS’ of Equilibrium Climate Sensitivity (klimaatgevoelige evenwicht). We spreken over de ‘Charney sensitivity’, zijnde het antwoord van evenwicht van het klimaatsysteem op een CO2 verdubbeling, inclusief de snelle feedbackloops. Deze zijn de verandering in waterdamp voorkomen, verandering in wolken, zee-ijs, ijsschotsen en gletsjers.
De aandachtige lezer zal al gemerkt hebben dat in deze Charney sensitivity oefening de lange termijn feedbacks niet zijn opgenomen, nl. landijs vermindering, uitbreiding bossen noordwaarts, veranderingen in de biosfeer en de vegetatie.
Tot 2018 gebruikte het IPCC de Charney Sensitivity notie. Maar historische gegeven wijzer er op dat bij vroegere klimaatveranderingen de lange termijn factoren wel degelijk een belangrijke rol gespeeld hebben. Dit noemt men Earthsystem equilibrium. Alles wijst er op dat deze Earthsystem equilibrium 50 % hoger is dan de Charney sensitivity. In het Mid-Plioceen en Mid-Mioceen was de globale temperatuurstijging hoger dan wat onze modellen met de Charney Sensitivity als parameter berekenen!
De conclusie die je hieruit kan trekken is de volgende :
Een verdubbeling van de C02 concentratie naar 560 ppm kan in de eerste 200 jaar leiden tot + 3°C, maar op langere termijn (1000 jaar) naar +4,5°C kan gaan.
Hoe kunnen we module 4 over de klimaatmodellen nu samenvatten?
- Het een-dimensionele model kan gebruikt worden om de temperatuurverdeling en energiebalans in functie van breedtegraad te onderzoeken
- De drie-dimensionele GCM’s en de gekoppelde modellen worden gebruikt om gedetailleerder patronen in de klimaatverandering te modelleren
- De klimaatmodellen zijn gevalideerd als accuraat door: voorspellingen van de klimaatopwarming in de jaren 1980 en experimenten die natuurlijke evenementen nabootsen
- Vergelijkende klimaatmodel studies , inclusief ‘vingerafdruk’ studies bewijzen dat natuurlijke fenomenen alleen de huidige trends niet verklaren
- Door verschillende simulaties met de klimaatmodellen en observaties hebben wetenschappers vastgesteld dat de klimaatgevoeligheid (ECS) tussen +1,5°C en 4,5°C ligt bij een verdubbeling van de C02 in de atmosfeer.
Alle foto’s in deze zijn een schermafdruk van de cursus van de Penn State Univerity- SDG Academy en hebben een licentie onder creative commons voor publicatie
Reactie toevoegen