Bron: WUWT

Gisteren plaatste Willis Eschenbach een meesterlijk artikel over de dominante invloed van wolken op het aardse klimaat op de website Whats Up With That. Genoeg reden om het te vertalen.

Gastpost door Willis Eschenbach op WUWT

Als buitenaardse wezens in ruimteschepen onze wereld zouden zien, zouden ze hem niet “Aarde” noemen. Ze zouden het “Water” noemen, omdat dat meer dan 70% van het oppervlak uitmaakt. En dat is ook wat het klimaat regelt.

Een paar dagen geleden stuitte ik op iets waar ik al een tijdje naar op zoek was: een gerasterde wereldwijde neerslagdataset voor de langere termijn. Ik heb er eindelijk een gevonden op de Copernicus website. Het loopt van 1979 tot december 2021. Hier is de wereldwijde gemiddelde neerslag van die site.

Figuur 1. Gemiddelde jaarlijkse neerslag, 1979-2021

Dit laat een aantal interessante aspecten zien. De eindeloze regenbuien van de intertropische convergentiezone (ITCZ) zijn te zien als de blauwe band boven de evenaar. De Pacific Warm Pool wordt gemarkeerd door de blauwe klodder zware regen ten noorden van Australië.

Een korte uitweiding. Het huidige centrale paradigma van de mainstream klimaatwetenschap is dat de verandering in de mondiale temperatuur een vertraagde lineaire functie is van de verandering in de totale neerwaartse zonne- en langgolvige (thermische) straling. Met andere woorden, forcing (wat in de klimaatwereld meestal veranderingen in neerwaartse straling betekent, geef mij niet de schuld, ik heb de term niet uitgevonden) bepaalt de temperatuur, en al het andere wordt gemiddeld.

Ik ben een andere mening toegedaan. Ik ben van mening dat verschillende klimaatverschijnselen op verschillende manieren, plaatsen en tijden het klimaat thermoreguleren. Een van de sterkste van deze fenomenen is het dagelijks ontstaan van tropische onweersbuien. Wanneer de temperatuur van de oceaan een bepaalde lokale grens overschrijdt, vormen zich onweersbuien, valt er regen en wordt het oppervlak afgekoeld. Als gevolg hiervan zouden we in het huidige, over het algemeen opwarmende klimaat een toename van tropische onweersbuien moeten verwachten.

Om deze voorspelling te onderzoeken, heb ik gekeken naar de neerslagtrends. Figuur 2 laat die zien, in millimeters per decennium. Blauw wordt natter en rood droger.

Figuur 2. Neerslagtrends, 1° breedtegraad x 1° lengtegraad gridcellen.

Zoals mijn theorie voorspelt leidt de opwarming tot meer neerslag boven de Pacific Warm Pool en rond de Intertropische Convergentiezone.

De reden dat ik op zoek was naar de neerslagdataset was echter niet de regen op zich. Het was omdat de regen een maat is voor de afkoeling van het oppervlak door verdamping. De wereldwijde gemiddelde neerslag is ongeveer een meter per jaar. Er is ~ 80 watt per vierkante meter (W/m2) straling over een periode van één jaar nodig om één meter zeewater te verdampen. Daarnaast is er een afkoeling van nog eens ~ 2,5 W/m2 door de koude regen die op het oppervlak valt. Dit betekent dat neerslag wereldwijd het oppervlak rechtstreeks afkoelt met ~ 82 W/m2.

Wat ik niet wist totdat ik de Copernicus neerslagdataset kreeg, was hoe die koeling ruimtelijk is verdeeld over de planeet. Hieronder zie je dat. Natuurlijk lijkt het op figuur 1, alleen met andere eenheden.

Figuur 3. Gemiddelde aanhoudende afkoeling door neerslag, 1979-2021

Let op de ruimtelijke overeenkomst tussen het stralingseffect van de wolken aan het oppervlak en de afkoeling door de neerslag. Dat is geen verrassing.

Let ook op de efficiëntie van het systeem: de afkoelingseffecten van de wolken (neerslag + straling) zijn gericht op de warmste gebieden. En dit geldt zowel op lokale als op mondiale schaal – onweersbuien ontstaan bij voorkeur boven lokale hete plekken aan het oppervlak. Dit geeft de meeste afkoeling met de kleinste inspanning.

Als we deze twee verschillende wolkeneffecten bij elkaar optellen, krijgen we een maat voor het grootste deel van het effect van wolken op de oppervlaktetemperatuur. Ik zeg “het grootste deel” omdat er nog andere afkoelingseffecten zijn. Deze omvatten:

• Sneeuw, ijzel en hagel. Omdat deze bevroren zijn, koelt het oppervlak extra af door het smelten van het ijs.
• Heldere droge dalende lucht rond onweersbuien. Omdat het meeste water en de meeste aërosolen uit de lucht zijn gehaald door regenval, is er veel minder waterdamp en zijn er minder aërosolen om straling te absorberen die het oppervlak verlaat. Hierdoor komt er meer straling van het oppervlak in de ruimte terecht, waardoor het oppervlak afkoelt.
• Een koude wind vanuit het condensatieniveau van de atmosfeer wordt meegevoerd door de vallende regen en raakt het oppervlak verticaal. Deze wind verspreidt zich als hij het oppervlak raakt, waardoor een veel groter oppervlak rond elke regenwolk wordt afgekoeld.

Als we deze andere koelingseffecten even buiten beschouwing laten, zien we hier de verdeling van de totale wolkenkoeling (straling plus neerslag) over de planeet.

Figuur 4. Het volledige effect van wolken

Merk op dat in plaats van de ~ -20 W/m2 afkoeling door alleen de stralingseffecten van de wolken, het werkelijke effect van de wolken ongeveer 100 W/m2 is, en dat er grote gebieden zijn waar de afkoeling meer dan -300 W/m2 is.

Vervolgens kunnen we kijken naar de relatie tussen de totale afkoeling door wolken (straling plus neerslag) en de oppervlaktetemperatuur. Dit is het duidelijkst over de 70% van het oppervlak dat uit water bestaat. Hier is die relatie:

Figuur 5. Scatterplot, totale wolkenafkoeling (regenval plus straling) versus zeeoppervlaktetemperatuur. Elke blauwe stip is een gebied van 1 breedtegraad bij 1 lengtegraad van het oceaanoppervlak.

Dit is precies de vorm die we zouden verwachten in een thermoregulerend systeem. Naarmate de temperatuur van het zeeoppervlak toeneemt, neemt de totale afkoeling van de wolken af … maar alleen tot ongeveer 26°C. Daarboven neemt de wolkenkoeling zeer snel toe, snel oplopend tot ongeveer -300 tot -400 W/m2 aan koeling wanneer de zeeoppervlaktetemperatuur in de buurt van ~ 30°C komt.

De gele lijn in afbeelding 5 toont de helling van de relatie wolkenkoeling/temperatuur, dat wil zeggen hoeveel de wolkenkoeling verandert voor elke 1°C opwarming van het oppervlak. En rechts van Figuur 3 is die helling ~ -100 tot ~ -150 W/m2 toegenomen afkoeling voor elke 1°C opwarming van het oppervlak.

Tot slot wil ik opmerken dat CO2 sinds 1950 de neerwaartse straling theoretisch heeft verhoogd met iets in de orde van 1,4 W/m2 … en dat zou volledig teniet worden gedaan door een toename van slechts 1,4% in wolkenkoeling. Bedenk in dat verband dat de wereldwijde afkoeling van wolken van maand tot maand met wel 9% kan veranderen en dat we dat nooit merken …

Het belangrijke van afkoeling door wolken is dat het temperatuurgestuurd is. Het heeft niets te maken met “forcing”. Wanneer de temperatuur van het tropische zeeoppervlak boven ongeveer 26°C komt, regent het, ongeacht de forcing. Zie hieronder.

Figuur 6. Equatoriale regenval in de Stille Oceaan, 5° noord tot 5° zuid.

Groeten aan iedereen, en onthoud: in plaats van de storm te vervloeken, leer dansen in de regen …

w.