CO2 en de temperatuur op aarde deel 1

Ik wilde nog wel eens naar de rol van CO2 als ‘aanjager van klimaatverandering’ kijken. Niet in de laatste plaats omdat alle discussie en aandacht de afgelopen tijd gericht is op CO2. In het verleden heb ik er al het een en ander over geschreven, zie o.a. hier. Sinds het laatste rapport van het IPCC, AR5, en de klimaattop van Parijs lijkt een kritische kijk op de theorie van de AGW  (menselijke opwarming) passé en gaat het in de main stream media én in de politiek alleen nog maar over het halen van ‘de doelen’, hoewel de komst van Trump veel onrust veroorzaakt in het wereldje van de klimaatactivisten. Tijd dus voor een kritische beschouwing van het CO2-verhaal.

Standaard redenering in de AGW-theorie is dat vanwege de toename door menselijke activiteiten van het CO2 in de atmosfeer sinds eind 19e eeuw de temperatuur aan het aardoppervlak is toegenomen. Die toename van de temperatuur is iets minder dan 1°C voor de aarde gemiddeld vanaf eind 19e eeuw. Het IPCC stelt in AR5 rapport dat het ‘zeer waarschijnlijk’ is dat de toename van de temperatuur op aarde sinds 1950 voor het grootste deel het werk is van mensen:

ipcc-statement

Bron:  IPCC AR5

Hoe zeker is dat? Ik was benieuwd hoe het IPCC aan de kwalificatie ‘extremely likely’ komt. Hieronder staat de table die het IPCC hanteert als het gaat om de waarschijnlijkheid van haar uitspraken.

extremely-ipcc

Bron:  IPCC AR4

Nu kan ik me bij die 95% voorstellen wat dat betekent als je bijvoorbeeld regressie-analyse toepast, een  statistische techniek waarbij je  toetst of een onafhankelijke variabele (in dit geval atmosferisch CO2) invloed heeft op een afhankelijke variabele ( de wereldtemperatuur). Die >95% wordt zeker  niet gehaald met een enkelvoudige regressie-analyse van temperatuur en atmosferisch CO2 na 1900 en ook niet na 1950. Hoe komt het IPCC dan wel aan die >95% waarschijnlijkheid?  Het IPCC hanteert daarvoor de ‘expert judgment’ methode. Die is niet nauwkeurig omschreven, maar het komt er op neer dat de auteurs van een bepaald hoofdstuk samen ‘bepalen’  wat de waarschijnlijkheidsgraad is. Oneerbiedig gezegd is het een kwestie van handopsteken. Klimaatprofessor Judith Curry werd daarover  geïnterviewd nadat het AR5-rapport was uitgekomen:

Reporter:  I’m hoping you can answer a question about the upcoming IPCC report. When the report states that scientists are “95 percent certain” that human activities are largely to cause for global warming, what does that mean? How is 95 percent calculated? What is the basis for it? And if the certainty rate has risen from 90 in 2007 to 95 percent now, does that mean that the likelihood of something is greater? Or that scientists are just more certain? And is there a difference?

Judith Curry:  The 95% is basically expert judgment, it is a negotiated figure among the authors.  The increase from 90-95% means that they are more certain.  How they can justify this is beyond me.

Reporter:  You mean they sit around and say, “How certain are you?” “Oh, I feel about 95 percent certain. Michael over there at Penn State feels a little more certain. And Judy at Georgia Tech feels a little less. So, yeah, overall I’d say we’re about 95 percent certain.”  Please tell me it’s more rigorous than that.

Judith Curry:  Well I wasn’t in the room, but last report they said 90%, and perhaps they felt it was appropriate or politic that they show progress and up it to 95%.

Reporter:  So it really is as subjective as that?

Judith Curry:  As far as I know, this is what goes on.  All this has never been documented.

Toen ik dit las vroeg ik me meteen af of ik me kon voorstellen dat een Nederlandse journalist überhaupt dit soort to-the-pointvragen zou (kunnen) stellen. De goede niet te na gesproken overigens. Men komt meestal niet verder dan wat obligate vragen aan die ene gekende wetenschapper bij het KNMI of universiteit die braaf het IPCC-verhaal herhaalt.  In het AR4 rapport uit 2007 was de waarschijnlijkheid over de rol van de mens dus 90% , in het AR5 uit 2013  95%.  Je kunt je afvragen wat die toename betekent nu duidelijk is dat die waarschijnlijkheidspercentages zo zacht zijn als boter.

broeikaseffect3

Bron:  University of Colorado

Zeker is dat CO2 een broeikasgas is, en een broeikas zorgt er voor dat het aan het aardoppervlak warmer is dan wanneer de atmosfeer geen broeikasgassen zou bevatten. Men gaat er van uit dat de temperatuur aan het aardoppervlak (nu gemiddeld globaal zo’n 15 °C ) met een atmosfeer zonder broeikasgassen ongeveer 33 graden kouder zou zijn geweest, dus  -18 °C. Zonder broeikasgassen zou de aarde dus een ijsplaneet zijn en onleefbaar. Die opwarming komt overigens niet alleen door CO2 maar vooral door water(-damp), dat een veel groter effect op de temperatuur aan het aardoppervlak heeft dan CO2. En natuurlijk ook een beetje door andere sporengassen dan CO2,  zoals CH4. Het gehalte aan CO2 is momenteel ongeveer 400 ppm, dat wil zeggen dat van elke 1 miljoen deeltjes in de lucht er 400 CO2 zijn. Voor meer informatie over de werking van broeikasgassen kunt u terecht in het hoofdstuk over de broeikastheorie.

estimated crear sky greenhoue effect

Bron:   Junkyscience

Over wat CO2 als broeikasgas voor effect heeft bestaat consensus. Als alle andere dingen gelijk blijven dan zal een verdubbeling van atmosferisch CO2 aan het aardoppervlak een opwarming van 1,1 a 1,2 °C veroorzaken. Dus verdubbeling van het pre-industriële niveau (280 ppm) tot 560 ppm zal in theorie tot genoemde opwarming leiden. En een toename van 560 ppm tot 1120 ppm weer een toename van 1,1 a 1,2 °C. Het verband is dus niet lineair maar exponentieel.

Maar de voorwaarde “als alle andere dingen gelijk blijven” bestaat alleen als gedachte-experiment en in het laboratorium. In werkelijkheid komt dat niet voor en wordt de temperatuur aan het aardoppervlak door veel andere factoren beïnvloed. Denk maar eens aan de temperatuurgang als gevolg van dag-nacht, van de seizoenen en van de windrichting. Voor het klimaat, het gemiddelde weer berekend over 30 jaar, spelen weer andere factoren een rol. Een daarvan is atmosferisch CO2, maar ook zonneactiviteit is zo’n factor, en bewolkingsgraad, vulkaanuitbarstingen, zeestromen en andere factoren waar we (nog) geen weet van hebben.  De kans dat bij verdubbeling van CO2 de temperatuur aan het aardoppervlak  daadwerkelijk 1,1 a 1,2 °C toeneemt is dus erg klein. Hoe de temperatuur aan het aardoppervlak reageert bij verdubbeling van CO2 heet klimaatgevoeligheid, TCR.

tcr-ar5
Bron:  IPCC AR5

De voorspellingen daarover variëren in het laatste rapport van het IPCC tussen 1 °C  en 2,5 °C. Zie bovenstaande grafiek. Overigens zijn de gestreepte lijnen de TCR-voorspellingen van het IPCC-rapport uit 2007. Zoals te zien is zijn die voorspellingen flink naar beneden bijgesteld. Niets is zeker in het leven, de toekomstige temperatuur vormt daar geen uitzondering op. De zeer hoge  uitkomst van Tung et al werd door het IPCC buitenbeschouwing gelaten omdat deze als onbetrouwbaar werd geclassificeerd. De onderlinge verschillen ontstaan door ‘tuning’ van het gehanteerde klimaatmodel.

In onderstaande figuur is op een iets andere manier de uitkomst van een aantal TCR-modellen weergegeven. De gegevens zijn van IPCC.

tcr-ar5-mcintyre

Bron:  McIntyre

In deze figuur is goed te zien dat op 1 na alle modellen een veel hogere klimaatgevoeligheid voorspellen dan tot nu toe door metingen waargenomen wordt. Dat komt onder andere doordat men er van uitgaat dat de relatieve luchtvochtigheid gelijk blijft en dat wolken een positieve feedback hebben. Het is waar dat bij opwarming de verdamping toeneemt, en waterdamp is het belangrijkste broeikasgas. Dat levert dus een positieve (versterkende) feedback op en dus ook hogere voorspelde temperaturen. Maar dat die toegenomen verdamping exact de relatieve vochtigheid gelijk houdt is een aanname.  En dat wolken netto een positieve feedback hebben staat vanwege satellietmetingen momenteel op losse schroeven, maar in alle modellen wordt aan wolken een positieve feedback toegeschreven. Zo zijn er nog wel meer aannames die er voor zorgen dat elk model zijn eigen ‘werkelijkheid’ kent.

Over CO2 en temperatuur in het geologische verleden heb ik in het hoofdstuk over CO2 al het een en ander geschreven. Reconstructies van CO2 en temperatuur resulteren in deze figuur:

co2-temp-geological-past

Bron: www.geocraft.com

Volgende keer meer over CO2. en dan vooral over CO2 en de recente opwarming.