In het vorige bericht heb ik laten zien dat zowel de TMAX als TMIN in De Bilt tussen 1985 en 1991 flink gestegen zijn als gevolg van de toegenomen kortgolvige straling van de zon en langgolvige straling vanuit de atmosfeer. De stijging van TMAX was in deze periode wat groter dan van de TMIN, wat begrijpelijk is omdat TMIN (afgezien van advectie) bepaald wordt door naar beneden gerichte langgolvige straling en TMAX ook door binnenvallende kortgolvige straling. Opvallend is wel dat het verschil minder groot is dan wellicht verwacht. Ook bij de lichte daling van beide grootheden na 1998 zien we dat TMIN wat harder daalt dan TMAX, daarover later meer.
Bron: Trenberth 2009
De vraag is nu waarom de temperatuur in De Bilt vanaf pakweg begin jaren ’90 van de vorige eeuw eigenlijk niet reageert op de sterk toegenomen zonne-energie, en ook niet op de toegenomen langgolvige straling vanuit de atmosfeer. Het antwoord moet te vinden zijn in de stralingsbalans, die hierboven is afgebeeld en die al vaker een rol op deze site heeft gespeeld.
Laten we ons focussen op de energiestromen (fluxen) aan het aardoppervlak. De getallen zijn gemiddelden voor de gehele aarde. Duidelijk zal zijn dat als er een + voor een getal staat dat dit betekent dat het aardoppervlak door die flux opwarmt, bij een – koelt de aarde door die flux af. Binnenkomend zijn incoming solar radiation (+ 161 W/m2) en back radiation (+ 333 W/m2). Uitgaande energiestromen zijn surface radiation (- 396 W/m2), thermals (- 17 W/m2) en evapotranspiration (- 80 W/m2) . Omdat de langgolvige straling zowel een inkomende als uitgaande component heeft is het netto-effect van deze warmtestraling aan het aardoppervlak 396 – 333 = – 63 W/m2).
Hier kunnen we al enkele belangrijke conclusies trekken: kortgolvige straling (solar radiation) is de belangrijkste opwarmende component, verdamping (evapotranspiration) het belangrijkste afkoelende mechanisme voor het aardoppervlak. Voor diegenen die al vaker met het klimaatbijltje hebben gehakt zijn dat geen verrassingen. Het KNMI heeft gemeten dat de inkomende zonnestraling in De Bilt tussen 1985 en 2010 met 10 W/m2 was toegenomen, een toename van ruim 9%. De toename van de langgolvige straling als gevolg van het versterkt broeikaseffect wordt voor dezelfde periode geschat op 1 W/m2, een factor 10 kleiner. Zie het bericht van 21 juni j.l.
Data: KNMI
De vraag waar al die extra energie is gebleven is in de stralingsbalans te zien: die heeft het aardoppervlak weer verlaten via de 3 afkoelende fluxen surface radiation, thermals en evapotranspiration, waarvan de laatste, verdamping, zoals we zagen verreweg de belangrijkste is. Het is te verwachten dat verandering in de uitgaande langgolvige straling (surface radiation) in de periode slechts een relatief geringe rol van betekenis heeft gespeeld. Die is afhankelijk van de oppervlaktetemperatuur en die is in De Bilt na 1998 niet meer gestegen. Zie de grafiek hieronder:
Data: KNMI
Blijven over convectie en verdamping. Zoals in de stralingsbalans is te zien is verdamping mondiaal bezien de belangrijkste factor bij afkoeling van het aardoppervlak. Dat geldt ook voor de situatie in ons land.
Verdampingscijfers zijn vaak moeilijk te verkrijgen, ze zijn schaars. Wel kun je de potentiele verdamping aardig benaderen met behulp van vaak uitgebreide formules. Zo heb ik in een grijs verleden nog de verdamping volgens de methode van Penman (Penman-Monteith methode) moeten bestuderen. Dat was geen pretje.De referentieverdamping volgens Makkink is een andere bekende methode om de verdamping te berekenen. Het blijven echter modellen, met voor- en nadelen.
Om er achter te komen of er inderdaad sprake is van toename van de verdamping sinds het begin van ‘brightening’ midden jaren ’80 kunnen we naar de neerslagcijfers kijken. Immers: what goes up must come down. De neerslag loopt min of meer synchroon met de verdamping vanwege het feit dat de opslagcapaciteit van de troposfeer voor water vele malen kleiner is dan de H2O-fluxen omhoog en omlaag. Bovendien is de verblijftijd van waterdamp in de troposfeer is maximaal enkele dagen.
Uiteraard is de nabijheid van vrij verdampende wateroppervlakken zoals de Noordzee van invloed op de neerslag die er in Nederland valt, maar ook verdamping op het landoppervlak is van groot belang voor de vorming van neerslag. Teuling et al (2009) schatten dat zo’n 60% van de neerslag die op het land valt het gevolg is van verdamping boven land.
Bron: Wild et al 2010
Wild et al (2010) constateren een tamelijk sterke correlatie tussen de inkomende zonnestraling en de neerslag in Stockholm vanaf begin 20e eeuw. Daarbij moet men niet alleen denken aan de toename van de verdamping door stijgende temperaturen als gevolg van absorptie van zonlicht aan het aardoppervlak. Het is bekend dat zonlicht ook direct invloed heeft op verdamping. Het is al wat langer bekend dat licht watermoleculen los kan maken uit het wateroppervlak. Licht bestaat uit fotonen zonder rustmassa. Fotonen bezitten echter wel energie in de vorm van een impuls, en impulsen kun je overdragen. Dat is aangetoond in het IKARUS-project van JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency).
Bron: JAXA
Bij diverse onderzoeken is aangetoond dat zonlicht een behoorlijk grote directe invloed heeft op verdampingssnelheid, dus naast het effect van verwarmen van het water. Solar forcing heeft mede daardoor een grotere invloed op verdamping dan binnenkomend langgolvige straling uit de atmosfeer.
Wild et al stellen in hun artikel uit 2010: “ Solar forcings may be even more efficient in modifying the intensity of the hydrological cycle than thermal forcings, as indicated by a higher hydrological sensitivity (e.g., Allen and Ingram 2002, Liepert et al 2004). The hydrological sensitivity, defined as change of precipitation per unit temperature change, is found to be 2–3 times larger under solar forcings than under thermal forcings (Liepert et al 2004, Andrews et al 2009). This is related to the fact that solar forcings apply at the surface directly because of the high solar transparency of the atmosphere compared to thermal radiation. Solar forcings thus effectively alter the surface radiation balance and the associated imbalance between the surface and atmospheric energy contents, which needs to be compensated for by convective fluxes and related evaporation/precipitation. Greenhouse-gas-induced thermal forcings, on the other hand, heat the atmosphere directly through radiative absorption and the surface indirectly through downward thermal radiation. Thermal forcings are therefore less effective in strengthening the imbalance between the surface and atmospheric energy contents ”.
Terug naar De Bilt. Helaas heeft De Bilt niet een vergelijkbaar lange datareeks van zonnestraling. De bruikbare gegevens beginnen medio 1957. Uiteraard een neerslagreeks van De Bilt voorhanden die al veel eerder begint, in het midden van de 19e eeuw. Van beide reeksen, inkomende zonnestraling en neerslag, heb ik twee reeksen in grafieken gezet, namelijk 1958 – 1984 en 1985 – 2010. Het resultaat ziet u hier:
Data: KNMI
De correlatie is opvallend en begrijpelijk. Als in de eerste periode de inkomende zonnestraling afneemt als gevolg van dimming dan neemt de neerslag ook af. Gaat na 1985 de inkomende zonnestraling omhoog vanwege brightening dan gaat de neerslag ook omhoog. De gemiddelde maandelijkse neerslag neemt in de periode 1985 -2010 zelfs toe van 65,5 mm tot 74,1 mm, een toename met ruim 13%.
Teuling et al (2009) hebben onderzoek gedaan naar de regionale trends in verdamping op het land. Trends in inkomende straling (dimming en brightening) worden verondersteld vooral invloed te hebben in gebieden waar verdamping sterk correleert met straling (en de invloed van de oceaan gering is). Dat is bijvoorbeeld het geval in centraal Europa:
Als we inzoomen op Nederland zien we echter dat ook in ons land de invloed van straling op de verdamping groot is:
Mijn conclusies:
er is een duidelijke correlatie is tussen inkomende zonnestraling en neerslag in De Bilt. Er is vastgesteld dat zonlicht een 2 tot 3x zo’n grote invloed op de hydrologische gevoeligheid (verdamping, neerslag) heeft als warmtestraling. De toename van binnenkomende straling in De Bilt vanaf 1985 komt grotendeels op rekening van kortgolvige (zonne-)straling. Ondanks die sterke toename van binnenkomende straling is er in De Bilt vanaf 1992 nauwelijks meer sprake van temperatuurstijging, vanaf 1998 daalt de temperatuur zelfs licht.
Alles overziend ligt het voor de hand om het ontbreken van een temperatuurstijging in De Bilt toe te schrijven aan de toegenomen verdamping. Die toegenomen verdamping is grotendeels het gevolg van de toegenomen kortgolvige straling als gevolg van brightening. Het versterkt broeikaseffect speelt hierin een ondergeschikte rol.
Uiteraard volgt er meer over dit onderwerp.