In de vorige bijdrage over de temperatuur in de troposfeer heb ik geschreven dat waterdamp in de vrije atmosfeer (ruwweg midden en boven troposfeer) gereguleerd wordt door wolkvorming, en dat daarbij microfysische processen een rol spelen die nog nauwelijks begrepen worden. Hier hebben we denk ik de crux te pakken van de onzekerheid over de energiebalans van de aarde.
Bron: RSS
Bovenstaande grafiek is afkomstig van RSS, researchbedrijf dat satellietdata verwerkt. Het is de anomalie van totale waterdamp in de atmosfeer gemeten vanaf 1988. De lineaire trendlijn toont een toename van waterdamp vanaf 1988. Maar net zoals bij de globale temperatuur is er sprake van een sprong rond het super El Niñojaar 1998.
Interessant is de ruimtelijke spreiding van de waterdamp-anomalie:
Bron RSS
De gebieden met sterke waterdamptoename liggen logischerwijze in de tropen, en zijn sterk gekoppeld aan gebieden waar de temperatuur van het oceaanwater is toegenomen. Hoe sterk die koppeling is kun je afleiden uit onderstaande grafiek:
Bron: RSS
De koppeling tussen temperatuur van de onderste troposfeer, temperatuur van het wateroppervlak en waterdamp in de tropen is ijzersterk. We weten dat die koppeling sterk is in de boundary layer, de onderste paar km van de troposfeer. Maar hoe zit dat met waterdamp in de lagen daarboven?
Om meer meer zekerheid te krijgen over het gedrag van waterdamp in de vrije atmosfeer hebben Spencer c.s. gebruik gemaakt van satellietdata van 2005-2015 over waterdamp (kanaal 183) en temperatuur (kanaal 5) in de midden troposfeer.
Bron: Roy Spencer
Spencer maakt gebruik van waterdampkanaal 18, 19 en 20, die respectievelijk meten in de boven-troposfeer, boven/mid-troposfeer en onder/mid-troposfeer. Hij vergelijkt die data met de temperatuurdata in dezelfde periode in de midden troposfeer.
Met name in de tropen blijft in de midden en hogere troposfeer de toename van waterdamp achter ten opzichte van theoretische verwacht wordt. Veel klimatologen gaan er van uit dat met de stijging van de temperatuur in de troposfeer de absolute luchtvochtigheid zodanig toeneemt dat de relatieve luchtvochtigheid gelijk blijft. Uit de grafieken blijkt dat dat niet het geval is. Het is juist in deze zone waar cumulonimbus tot aan de onderkant van de stratosfeer reiken en invloed hebben op de waterdamp in de ‘vrije atmosfeer’.
De kern van Spencer onderzoek vormen onderstaande grafieken. Links is de respons van waterdamp op de temperatuur ten opzichte van de breedteligging. Rechts hetzelfde maar dan de verdeling volgens klimaatmodel GFDL ESM2M. In de grafieken zijn twee ijkpunten aangegeven. De ene is het punt waarbij de RH (relatieve luchtvochtigheid ) constant is. Hierbij heeft waterdamp een positieve feedback op de temperatuur aan het aardoppervlak. Dat is het uitgangspunt in de broeikastheorie: als de aarde opwarmt blijft de RH gelijk.
Het tweede ijkpunt is het punt waarbij de feedback van waterdamp 0 is. Er vindt geen opwarming en afkoeling plaats. In de grafiek is dat bij een regressiecoëfficiënt van 1.2.
Bron: Spencer
Wat valt op:
- In de tropen is er sprake van een negatieve feedback in midden troposfeer: meer waterdamp betekent afkoeling in plaats van opwarming
- Die negatieve feedback is het grootst in de mid/onder-troposfeer
- In de gematigde zones is de feedback van waterdamp overwegend positief, behalve op het noordelijk halfrond. Daar is in de mid/onder troposfeer sprake van een negatieve feedback
- In het klimaatmodel is de negatieve feedback van waterdamp in de tropen afwezig, en grotendeels positiever dan op andere breedten
- In de gematigde zones is het model minder afwijkend ten opzichte van de metingen, maarde regressiecoëfficiënt is wel overal lager dan in de metingen
Over dat laatste zegt Spencer: “This is pretty typical behavior for climate models, which are tuned to act this way. The models don’t actually contain the necessary precipitation microphysics, something even their convective parameterizations can’t fix because we really don’t know how detrainment from convection changes with warming anyway. In other words, you can’t parameterize something that you don’t even understand and can’t measure.”
Opzienbarend vind ik dit resultaat, en een aanwijzing dat de rol van waterdamp in elk geval veel complexer is dan in de klimatologie tot nu toe werd aangenomen. Spencer wacht met spanning op het vrijgeven van het CMIP5 archief, zodat meer klimaatmodellen de maat kan worden genomen. Ik ben erg benieuwd!
Tot slot een grafiekje van RSS dat ik u niet wilde onthouden. Het betreft de globale TLT (onder-troposfeer) anomalie volgens de RSS V3.3 MSU/AMSU Temperatuur dataserie (zwarte lijn). De gele band is de 5%-95% output van de CMIP5 klimaatmodellen. Het betreft meer dan 60 klimaatmodellen in het CMIP5-archief (zie hier). Na 1998 voorspellen de modellen meer warmte dan de metingen registreerden. Met andere woorden: de modellen zijn niet goed. Volgens Spencer en anderen zou dat wel eens te maken kunnen hebben met de onjuiste inschatting van het gedrag van waterdamp. We horen hier zeker meer over.
Bron: RSS
Intussen dendert de trein die “klimaatverandering” heet onverminderd voort in de reguliere media. Wetenschappers (Spitsbergen!), groene clubs, Obama, duurzaamheidsprofessoren, de paus, zij allemaal warmen het volk op voor de komende klimaatconferentie. En journalisten laten er graag hun oor naar hangen. Gemaksjournalistiek.