Fig.1    Data: PMOD/WRC

Kortgeleden schreef ik over de forse toename van de inkomende zonnestraling in met name West- en Oost-Europa vanaf ongeveer 1980 t/m 2020, zie hier. Hoe groot dat aandeel van de toegenomen instraling is in het totaal van alle forcings is een bron van discussie. Maar dat de toename van de instraling sinds 1979 in Europa effect moet hebben gehad op de temperaturen in West-Europa staat buiten kijf.

Die sterke toename in West- en Oost-Europa is opmerkelijk, omdat de zon an sich niet veel harder is gaan schijnen. Dat schijnen doet hij namelijk tamelijk constant. Figuur 1 toont de grafiek van de hoeveelheid zonne-energie in Watt per m2 net buiten de dampkring van de aarde. De grafiek is gebaseerd op satellietmetingen en bedroeg vanaf 1976 ongeveer 1361 W/m2. De schommelingen als gevolg van de 11-jarige cyclus van Schwabe is duidelijk te zien, en vertoonde in de afgebeelde periode een amplitude van ongeveer 1 W/m2. Niet veel, maar we komen hem overigens wel tegen in temperatuurreeksen.

Fig.2    Bron: Bron: Kiehl & Trenberth 2009

Het oppervlak van een bol met straal r is 4x dat van een cirkel met straal r. Op de (ronddraaiende) aarde valt dus gemiddeld ¼ van de gemeten zonneconstante, dus 1361/4 = 340,25 W/m2. In de figuur 2 rekenden Kiel & Trenberth nog met de berekende zonneconstante van 1365 W/m2. Opvallend grote veranderingen van de netto instraling aan het aardoppervlak (gemiddeld 161 W/m2) lijken dus niet het gevolg te zijn van veranderingen in zonne-energie aan de buitenkant van de dampkring en moeten dus hun oorsprong vinden in de absorptie van zonne-energie door de dampkring dan wel de reflectie op wolken en aardoppervlak, respectievelijk gemiddeld 78 W/m2, 79 W/m2 en 23 W/m2 (zie figuur 2).

Fig.3    Regionale indeling

In dit bericht gaat het over de ontwikkeling van de netto instraling aan het aardoppervlak (ssr) en luchttemperatuur op 2m hoogte (2t) in de rest van de wereld. Die data zijn afkomstig van ERA5 reanalyses vanaf 1979.  Daarvoor is de aarde ingedeeld in een aantal regio’s op basis van breedteligging en aard van de ondergrond (water/land). Die indeling is afgebeeld in figuur 3. Van elke regio is voor de periode 1979-2020 de ssr en 2t vastgesteld aan de hand van de ERA5 reanalyses data (ClimateExplorer).

Het resultaat is in onderstaande tabel weergegeven:

Tab.1    Data: ERA5

De in totaal 33 regio’s zijn in de tabel ingekleurd op basis van hun ondergrond: overwegend land is geel, overwegend water is blauw en 3 regio’s zijn gemixt. De kolommen 3 en 4 geven de grenzen aan van elke regio. De vijfde kolom geeft de veranderingen in de netto instraling (Δssr) weer tussen 1979 en 2020, in W/m2. De laatste kolom geeft van elke regio de veranderingen van de luchttemperatuur op 2m hoogte weer (Δ2t).

Wat meteen opvalt:

• Op de regio’s Zuid-Azië, centraal Zuid-Amerika en Zuid-Afrika na vertonen alle continentale regio’s een positieve ssr (toename instraling, waarschijnlijk als gevolg van afnemende bewolking)
• West- en Oost-Europa zijn de regio’s met de sterkste toename van de instraling, Noord-Europa, West- en Oost-Siberië en Centraal Azië vertonen ook een sterke Δssr
• Antarctica vertoont nauwelijks een trend, zowel voor wat betreft de instraling als de temperatuur
• De tropische oceanen tonen een dalende Δssr , waarschijnlijk als gevolg van toegenomen bewolking
• De Arctische Oceaan toont een sterk positieve Δssr en Δ2t, waarschijnlijk als gevolg van de afname van het drijfijs sinds 1979
• Bijna alle regio’s (32) vertonen een opwaartse trend in Δ2t, waarschijnlijk ten dele als gevolg van het versterkt broeikaseffect (zie figuur 4)
• Regio’s met een hoge Δ2t kennen ook vaak een (tamelijk) hoge Δssr (zie figuur 3)
• Op de Arctische Oceaan na, kennen alle waterregio’s een relatief lage Δ2t, mede als gevolg van de fysische eigenschappen van water
• De zuidelijk tropische Pacific heeft als enige regio een negatieve temperatuur, waarschijnlijk als gevolg van El Niño.

Fig.4     Data: ERA5

Figuur 4 toont voor de 33 regio’s de  correlatie tussen Δssr en Δ2t.  De correlatiecoëfficiënt R2 is 0,52 , wat betekent dat de variatie in temperatuur voor de helft verklaard wordt door de variatie in  instraling. Dat is niet opvallend sterk, wat wel te verklaren is. Zo reageert de luchttemperatuur boven land veel sterker op veranderingen in instraling dan oceanen vanwege de fysische eigenschappen van water: transparant tot enkele tientallen meters diepte, een grote warmtecapaciteit en stromingen die het water mengen.

Bovendien staat de lucht op 2 meter hoogte niet stil maar is vrijwel altijd in beweging. De luchttemperatuur op een bepaalde plaats wordt dan ook, behalve door de stralingsbalans, sterk bepaald door advectie, de aanvoer van lucht van elders. De temperatuur in Nederland van dag tot dag is daar een prachtig voorbeeld van. Bovendien is er in onze wereld van toenemende urbanisatie sprake van een steeds sterker UHI-effect in stedelijke gebieden, resulterend in oplopende temperaturen. Boven oceanen wordt de luchttemperatuur ook bepaald door de aanvoer van warm of koud water van grotere diepte. Bekendste voorbeeld daarvan is het El Niño-effect. Een en andere maakt in elk geval wel duidelijk dat het klimaat ongekend complex is.

Fig.5    Data: ERA5

Tot slot de grafiek van figuur 5 van de aarde als geheel. De ERA5  data laten zien dat de netto instraling aan het aardoppervlak geen significante trend vertoont, maar dat de luchttemperatuur op 2m hoogte vanaf 1979 t/m 2020 een trend vertoont van +0,86 °C. Een klein deel van die toename is veroorzaakt doordat het atmosferisch CO2-gehalte is toegenomen van 336 ppm in 1979 tot 414 ppm in 2020. Ik schat dat CO2-effect op de temperatuur ongeveer 0,25 °C. De rest is het werk van allerlei mee- en tegenkoppelingen, waarvan de belangrijkste waarschijnlijk door  H₂0 (water, waterdamp, wolken, sneeuw en ijs) geleverd wordt. Overigens is langgolvige straling als gevolg van het broeikaseffect nauwelijks in staat om water binnen te dringen (max.0,1 mm).  Zie Wong et al 2018. De opwarming van de aarde door het broeikaseffect moet dus vooral door de continenten plaatsvinden. Dat de netto kortgolvige straling  aan die opwarming van het land  zijn steentje de afgelopen decennia heeft bijgedragen is in elk geval duidelijk.