De prachtige KNMI-site ClimateExplorer heeft ook data van de warmte-inhoud (heat content) van de oceanen. Althans tot 2 km diepte. De recente data zijn zeer compleet en zijn afkomstig van de ARGO floats. Elke Argo-boei zakt naar een diepte van rond de 2000 meter, om vervolgens snel op te stijgen naar het oppervlak terwijl onderweg voortdurend druk, temperatuur en zoutgehalte worden gemeten. De sonde blijft vervolgens een dag aan de oppervlakte om de gegevens via een satellietverbinding te verzenden naar een grondstation en de satelliet hun koers aan het zeeoppervlak kan bepalen. De sonde zinkt dan weer. Dit wordt elke 10 dagen herhaald. Op deze wijze is een schat van gegevens beschikbaar gekomen.
Op deze plaats is wel vaker aandacht besteed aan grafieken betreffende de gemiddelde temperatuur op aarde. Zie onder andere hier en hier. Ik heb in onderstaande grafiek gekozen voor de data van UAH. Ik verkies voor gemiddelde wereldtemperaturen de satellietmetingen boven de thermometermetingen, om de eenvoudige reden dat het thermometermeetnet vooral op het land staat en zeer ongelijk over de aarde verdeeld is. Om de gemiddelde wereldtemperatuur daaruit te destilleren vereist veel wiskundig goochelwerk. Te veel mijns inziens. En dan heb ik het nog niet over de ‘aanpassingen’ die instituten als GISS-NASA plegen te maken aan de meetdata. Satellieten bestrijken vrijwel elke vierkante meter aarde. Alleen de beide polen zijn wat lastiger meetbaar, maar daar is het themometernetwerk nog veel wijdmaziger. UAH prefereer ik boven die andere dataset van satellieten RSS, omdat UAH nog betrouwbaarder zijn dan die van RSS. Ook daarover heb ik al eens iets geschreven.
Bron: Woodfortrees.org
Nu is bekend dat klimatologen een beetje met hun handen in het haar zitten over het feit dat de gemiddelde temperatuur op aarde de afgelopen 13 jaar niet gestegen is. Men spreekt in dit verband graag van een ‘pauze’ in de stijging, omdat een langdurig wegblijven van die stijging in strijd is met de opvatting dat de globale temperatuurstijging van de afgelopen decennia het gevolg is van de toename van broeikasgassen in de atmosfeer. En de hoeveelheden broeikasgassen in de atmosfeer zijn in die tijd in gestaag tempo door gestegen.
Bron: NOAA
Een van de mogelijke verklaringen voor het wegblijven van de temperatuurstijging van de afgelopen 13 jaar is dat opslag van warmte in de bovenste 2000m van de oceanen is toegenomen. Een soort uitstel van executie als het ware. Ook daar is op deze plek al uitgebreid aandacht aan besteed. Zie hier en hier.
Op bovenstaande grafiek is de anomalie van de temperatuurstijging te zien vanaf januari 2005 tot juni 2014. Bob Tisdale heeft de grafiek gemaakt. Gemiddeld genomen is er sprake van een heel lichte stijging van de gemiddelde temperatuur in deze laag water. De verschillen tussen de verschillende oceaanbekkens zijn aanwezig. Met name de afwijking van de Arctische oceaan ten opzichte van de andere is opmerkelijk groot. Interessanter wordt het als Tisdale op basis van de data van ClimateExplorer een grafiekje maakt met het verband tussen temperatuuranomalie over de gegeven periode en de breedteligging:
Vanaf 2005 is de grootste temperatuurstijging te zien in de lagere en midden breedtes van het NH en de midden breedtes van het ZH. Sterke afkoeling vindt plaats rond Antarctica en op het NH vanaf 52° NB, de breedteligging van Nederland.
Welke conclusies kunnen we hier nu uit trekken?
In het bericht van 26 april j.l. heb ik berekend dat de warmte-inhoud van de oceaanlaag van 700 – 2000m vanaf 2003 ongeveer 0,45% is toegenomen. Lezer Fulco Bohle noemt een warmtecapaciteit van water op 4 km diepte van ongeveer 5 kJ/kg/K. Voor de laag 700m -2000m betekent dat een constante van ~ 4,5 kJ/kg/K. Maar omdat zeewater (zoutoplossing) een lagere warmtecapaciteit heeft dat zuiver water moet dat weer naar beneden worden bijgesteld. Het lijkt me (mede gelet op de het beperkte oppervlak van mijn sigarendoosje) dat we 4,19 blijven aanhouden.
Bron: Roy Spencer
Roy Spencer heeft bovenstaande figuur geproduceerd om te illustreren op welke wijze de verticale temperatuurverdeling in oceaanbekkens tot stand komt. Hij onderscheidt daarbij 3 processen:
1 verwarming van wateroppervlak door de zon
2 zinken van zeer koud water op hogere breedten (procesgang van eeuwen tot millennia)
3 verticaal mengen door golven, de thermohaline circulatie en turbulentie als gevolg van het reliëf van oceaanbekkenbodems
Processen 1 en 2 vergroten de verticale temperatuurverschillen, proces 3 verkleint die. Het verticale temperatuurprofiel op enig moment is dus de resultante van het samenspel van deze 3 processen. Opwarming en afkoeling kunnen dus plaatsvinden zonder ‘radiative forcing’ van het klimaatsysteem, zoals verandering van zonne-energie of een versterkt broeikaseffect. Omdat het oceanisch systeem dynamisch is en chaotisch (zoals het klimaatsysteem) zullen er dus voortdurend veranderingen optreden in het verticale temperatuurprofiel over de hele wereld.
Trenberth et al noemen in hun publicatie 3 ‘key points’:
1. Absence of recent global warming hiatus when depths below 700 m are considered.
2. Deep ocean heat uptake is linked to wind variability.
3. Total ocean heat content affected by ENSO and volcanic eruptions.
In punt 2 linken ze windvariabiliteit aan menging, zoals beschreven in proces 3 hierboven. Besef echter dat die conclusie van het team voornamelijk gebaseerd is op modellen. Om te kijken of er werkelijk iets gebeurd is sinds 2003 met de windsnelheid hebben we de beschikking over satellietmetingen van AMSR-E. Daarmee kan men de windsnelheden berekenen boven oceanen in de laag van 0-10 m. Dit is het resultaat:
Niet veel te zien. Vanwege de immens grote buffercapaciteit van de oceanen ten opzichte van die van de troposfeer waarin zich ons weer afspeelt, zullen veranderingen in stromingen en temperatuurprofielen in de oceaanwater vanzelfsprekend effect hebben op het klimaatsysteem. Terecht wijst Spencer op de effecten van El Niño (afnemende menging >> toenemende oppervlaktetemperatuur >> warmere lucht ) en La Niña, dat het omgekeerde effect heeft.
Bron: Trenberth
Wat gebeurt er als de oppervlaktetemperatuur van het oceaanwater toeneemt? Dat kunnen we zien in bovenstaande figuur die van Trenberth afkomstig is. Er zijn drie mechanismen die voor afkoeling van het aardoppervlak zorgen: straling, convectie en verdamping. Zoals op de figuur te zien is is verdamping het sterkste afkoelingsmechanisme aan het aaroppervlak. Boven de oceanen is dat effect nog groter. Als de temperatuur van de bovenste laag oceaanwater warmer wordt nemen alle drie de processen toe en krijg je een versterkte afkoeling. Vandaar dat het opwarmingseffect van de lucht tijdens El Niño maar van korte duur is: het duurt niet veel langer dan de opwarming van het oppervlaktewater duurt.
Terecht merkt Spencer op dat de extra opname door het diepere oceaanwater imposant lijkt, maar het niet is. Dat ballonnetje heb ik al in het vorige bericht doorgeprikt. Spencer vergelijkt de energiestroom naar de diepere oceaan niet met de warmteinhoud van die laag, maar met de energiestromen die het systeem aarde binnenkomen en verlaten. Hij stelt: “ Plots of changes in ocean heat content since the 1950′s might look dramatic with an accumulation of gazillions of Joules, but the energy involved is only 1 part in 1,000 of the average energy flows in and out of the climate system. To believe this tiny energy imbalance is entirely manmade, and has never happened before, requires too much faith for even me to muster. ”
Volgens de stralingsbalans van Trenberth is de gemiddelde netto inkomende kortgolvige straling aan TOA ~ 239 Wm-2. De uitgaande is op langere termijn bezien even groot. Vergelijkt men nu de warmtetoevoer vanaf 2003 naar de oceaanlaag van 700 – 2000m dan is die ongeveer 0,5 x 1022 J/jaar. Vergelijkt men die energiestroom met die welke in een jaar tijd netto de aarde verwarmt dan is die verhouding ongeveer 1 : 7700. Een very tiny imbalance.
Kortom: de hele lichte stijging van de gemiddelde temperatuur van de bovenste 2000m van het oceaanwater zoals die geconstateerd wordt vanaf 2005 lijkt imposant maar is vergeleken met de energiefluxen van het klimaatsysteem dermate gering dat het verwaarloosbaar is. De sterke verschillen in opwarmen en afkoelen, afhankelijk van de plaats op aarde, maakt duidelijk dat de dominante factor in dit geheel de dynamische zeestromen zijn, en niet een opwarming vanwege een versterkt broeikaseffect. Omdat het oceanisch systeem dynamisch is en chaotisch (zoals het klimaatsysteem) zullen er voortdurend veranderingen optreden in het verticale temperatuurprofiel over de hele wereld.