Brightening

Naar aanleiding van de berichten over de ‘sprong’  in de temperatuurreeks van De Bilt tussen 1988 en 1991 werd me gewezen op een publicatie van Van Beelen en Van Delden (UU) uit 2012 over brightening in ons land.

visibility

Bron: onbekend

Dimming en Brightening zijn twee gekoppelde begrippen en hebben te maken met de mate waarin je door de onderste troposfeer kan kijken, ‘zicht’  dus. Zicht wordt – afgezien van regen en sneeuwval – vooral bepaald door aerosolen en vochtigheid.  Aerosolen kunnen natuurlijk zijn of afkomstig van menselijke activiteiten. Ongeveer 85% van de aerosolen op aarde komen van nature in de lucht voor  (bijvoorbeeld zout en opwaaiend stof), 15% is antropogeen (vooral verbrandingsprocessen).

Aerosolen verspreiden zonlicht , een proces dat scattering heet, zodat een deel de aarde niet bereikt. Dat proces wordt versterkt als de relatieve luchtvochtigheid boven de 80% komt. Omdat de meeste aerosolen hygroscopisch zijn zwellen ze dan op en wordt hun diameter 4x zo groot, wat de scattering sterk doet toenemen.

scattering

Bron: www.physicalgeography.net

Op bovenstaande figuur is te zien wat scattering doet. Het is makkelijk voor te stellen dat vanwege dit effect een deel van het zonlicht de aarde niet zal bereiken. Aerosolen hebben dus vooral een afkoelend effect op de aarde.

Zoals gezegd maken ‘natuurlijke’  aerosolen zoals zout (van zee) en stof ongeveer 85% van de totale  hoeveelheid aerosolen uit. Deze natuurlijke aerosolen vertonen echter geen significante trends, zodat de aandacht uitgaat naar de antropogene aerosolen. De belangrijkste daarvan is atmosferisch zwaveldioxide (SO2), waaruit sulfaataerosolen ontstaan.

De belangrijkste bronnen zijn de industrie en het verkeer. De introductie van aardgas voor energieopwekking en verwarming, rookgasontzwaveling en de inzet van laagzwavelige brandstof heeft geleid tot een forse verlaging van de SO2-emissie in Nederland. De concentraties zijn tegenwoordig zo laag dat directe gezondheidseffecten niet waarneembaar zijn. In de figuur hieronder is die afname van SO2 in de Nederlandse atmosfeer tussen 1976 en 2009 weergegeven:

so2

Bron:  CBS, PBL, Wageningen UR

Andere aerosolen en de gassen waaruit ze ontstaan vertonen vergelijkbare dalingen.

Van Beelen en Van Delden hebben de zichtgegevens van Schiphol en De Bilt gebruikt, die vanaf 1955 (betrouwbaar) beschikbaar zijn. Ze hebben voor beide stations gekeken naar de dagen met een zicht van >19 km, zeer heldere omstandigheden dus. Omdat vochtigheid en zoutgehalte een belangrijke rol spelen in deze kwestie hebben de onderzoekers tevens op basis van de windrichting de luchtsoorten gesplitst in maritiem en continentaal. Dat gebeurde iets grover dan ik dat deed in mijn berichten over de temperatuursprong: alle windrichtingen tussen 90° en 180° zijn continentaal, de rest maritiem. Dit zijn de resultaten:

visbiltschip

Bron: Van Beelen en Van Delden

Heel fraai is de toename van het zicht waar te nemen vanaf begin jaren ’80. Vergelijk dat eens met de grafiek van de SO2-concentraties hierboven.

Behalve aerosol-concentraties  en relatieve vochtigheid spelen ook andere factoren ook een rol bij zichtmetingen, zoals windrichting, de stabiliteit van de atmosfeergradiënt. Voor wat betreft relatieve vochtigheid overdag  is met name de daling daarvan op Schiphol sinds begin jaren ’80 opvallend. De onderzoekers wijten dat aan de sterke toename van de bebouwing op de luchthaven, waardoor de verdamping drastisch afnam. De opvallende toename van de temperatuur op Schiphol vergeleken met andere meetstations in ons land geeft een aanwijzing dat de urbanisatie van Schiphol een belangrijke factor is.  In De Bilt is de afname van de relatieve vochtigheid gering. Ook de veranderingen in het windpatroon (continentaal/maritiem) tonen weinig correlatie met de toename van de zichtcijfers behalve op dagen met extreem ver zicht.

sunshine db

 

Bron: Van Beelen en Van Delden

Wat voor effect heeft de afname van de hoeveelheid aerosolen nu gehad op het zonlicht? Dat ziet u in de grafiek hierboven. Hier is de duur van de zonneschijn weergegeven als percentage van de daglengte. Ook hier een duidelijke toename: sinds begin jaren ’80 is  de duur van de zonneschijn met maar liefst 25% toegenomen! Deze trend is in de zomer het grootst: tussen 1985 en 2010 is de gemiddelde hoeveelheid invallende kortgolvige straling in De Bilt met meer dan 15 W/m2 toegenomen, een stijging van 0,6 W/m2/jaar.

Dergelijke ontwikkelingen zijn op veel plaatsen in de wereld waargenomen. Een recente studie naar brightening in Spanje van Sancho-Lorenzo et al (2013) toont vergelijkbare ontwikkelingen:

shining spanje

Bron: Sancho-Lorenzo et al

Ook hier is het effect het grootst in de zomer. In de door de onderzoekers onderzochte periode 1985 – 2010 vertoont de invallend kortgolvige straling een lineaire trend van + 3,9 W/m2/decennium, voor de zomer is dat zelfs +6,5  W/m2/decennium. Vergelijkbare waarden als in De Bilt dus.

Verklaart deze trend van toenemend invallend zonlicht nu de temperatuursprong tussen 1988 en 1991 in ons land, zoals we die zagen in voorgaande berichten? Natuurlijk niet, daarvoor is de toename van het invallend zonlicht te geleidelijk. Maar interessant is het om eens naar de zomermaanden te kijken , waarin het verschijnsel brightening het grootst is.  Zomermaanden zijn juni, juli, augustus, Van Beelen en Van Delden rekenen mei er ook toe. Dit zijn de grafieken van die zomermaanden inclusief mei, zoals ook al getoond in het bericht van 20 mei j.l.:

cnt 5

 

cnt 6

 

cnt 7

 

cnt 8

Bron: KNMI

Duidelijk is te zien dat in de zomermaanden de trend van de temperatuurstijging vanaf 1985 een geleidelijke is, net zoals bij de toename van de hoeveelheid inkomende kortgolvige straling. Een volgende keer meer over dit onderwerp.

Omdat ik nieuwsgierig was naar de jaarlijkse toename van de inkomende zonnestraling in De Bilt heb ik van de site van het KNMI de data van de globale straling (in J/cm2) per uurvak in De Bilt gedownload. In Excel is het dan niet moeilijk om de gemiddelde jaarlijkse instraling/uurvak te berekenen en om te rekenen naar W/m2. Dit is het resultaat:

straling de bilt 85 10

De lineaire trendlijn geeft aan dat de gemiddelde hoeveelheid inkomende zonnestraling gestegen is van 108 naar 118 W/m2 .  Dat is een ongekende hoeveelheid zonlicht ‘erbij’ in 25 jaar. Om een idee te geven over grootte van die stijging: Wang et al komen uit op een gemiddelde stijging van de TSI  (Total Solar Irradiance) van ~1 W/m2  sinds het einde van het Maunder Minimum (de ‘Kleine IJstijd’) vanaf 1713.

zonnevlekken

Bron: Wikipedia

Dat een toename van 10 W/m2  van invloed is op de oppervlaktetemperatuur staat buiten kijf. Ik wil  een schatting maken van de temperatuurstijging in De Bilt die het gevolg is van deze toename van het binnenvallend zonlicht. Camp et al lieten in 2007 zien dat 11-jarige zonnecycli gemiddeld een TSI-variatie van 0,9 W/m2 vertoonden, en dat dit verschil een variatie van oppervlaktemperatuur op aarde teweeg bracht van 0,2 °C.

Tung et al toonden in 2008 een onmiskenbare correlatie aan tussen de schommelingen in inkomende zonnestraling TSI en de globale temperatuur volgens een viertal datareeksen. TSI is Total Solar Irradiance, de totale hoeveelheid binnenkomende zonnestraling aan de buitenzijde van de atmosfeer

tung1

Bron: Tung et al 2008

Wat dat betekent voor de brightening in De Bilt van 1985 t/m 2010  is moeilijk te zeggen, want TSI is uiteraard wat anders dan de gemeten inkomende zonnestraling aan het aardoppervlak. En dat is wat het KNMI in De Bilt gemeten heeft: de binnenkomende zonnestraling aan het aardoppervlak.

Wat het niet eenvoudig maakt om die toename van de inkomende zonnestraling aan het aardoppervlak om te rekenen naar een potentiele toename van de oppervlaktetemperatuur, is dat de oorzaak van die stralingstoename, de afname van met name zwavelverbindingen in de atmosfeer, gepaard is gegaan met een aantal andere effecten. Zo zijn aerosolen gekoppeld aan het ontstaan van wolken doordat ze als condensatiekernen werken. Er ontstaat zo een reeks van mee- en tegenkoppelingen die van invloed is op de gemeten temperatuur aan het aardoppervlak. De effecten van aerosolen op scattering en absorptie worden directe effecten genoemd, die op wolken indirecte.

Ruckstuhl et al 2008 onderzochten daarom zowel de aerosol- als wolkeneffecten op brightening en de recente opwarming. Ongetwijfeld is er sprake van een verandering van wolken (bewolkingsgraad, hoogte, persistentie) als gevolg van temperatuurveranderingen, maar er zijn ook aanwijzingen dat wolken een forcing op zich vormen in het klimaatsysteem. Zie bijvoorbeeld hier.

Conclusie van Ruckstuhl et al is dat de directe effecten van aerosolen op de oppervlaktetemperatuur  ongeveer 5x zo groot zijn als die indirecte. De onderzoekers komen op een schatting van de totale (aerosolen + wolken) brightening forcing in Europa van ~+1W/m2  per decennium, een getal dat ver onder dat van De Bilt ligt. In De Bilt is de toename (10 W//m2  over een periode van 25 jaar)  4x zo groot als wat Ruckstuhl heeft gemeten. Over brightening zeggen ze:  “…has most probably strongly contributed to the recent rapid warming in Europe”. Wat moet dat dan voor De Bilt wel niet betekenen?

Met een toename van 10 W/m2 behoort De Bilt tot de plekken in Europa waar vanwege brightening tussen 1985 en 2010 de inkomende zonne-energie het sterkst is gestegen. Hoe verhoudt zich dit getal tot de toename van de binnenkomende langgolvige straling als gevolg van broeikasgassen? Daar valt wel iets over te zeggen.

Hansen et al hebben in 2007 een paper gepubliceerd getiteld:  Dangerous human-made interference with climate: a GISS modelE study. Daarin is een interessante grafiek afgebeeld waarin de  invloed is weergegeven van de belangrijkste  klimatologische ‘forcings’, uitgedrukt in W/m2 .

forcings1

Bron: Hansen et al 2007

De belangrijkste forcings volgens de onderzoekers zijn het versterkt (antropogeen) broeikaseffect en aerosolen. Zoals te zien is zijn aerosolen in de grafiek een afkoelende werking toebedeeld, als gevolg van dimming tot midden jaren ’80 van de vorige eeuw. Opmerkelijk is dat de onderzoekers vanwege brightening sinds 1985 de grafiek van aerosolen  (Aerosol Indirect Effect en Reflective Tropospheric Aerosols) niet laten stijgen maar een min of meer horizontaal verloop geven. Ze lijken daarmee aan te geven dat verdere dimming na 1985 niet plaatsvindt maar ontkennen daarmee tegelijk het effect van brightening, zoals dat op vele plaatsen op aarde is waargenomen.

De netto optelsom van alle getoonde forcings ziet er dan zo uit:

forcings2

Bron: Hansen et al 2007

Wat gebeurt er nu met de grafiek als we brightening wel weergeven? Welnu, dat is natuurlijk niet nauwkeurig te bepalen omdat de grafiek van Hansen de globale effectieve forcing is, en niet die van De Bilt. Maar enig zicht is daar toch wel op te krijgen. In De Bilt is de hoeveelheid binnenkomende zonnestraling tussen 1985 en 2010 gestegen van 108 W/m2 naar 118 W/m2 . Dus niet vlak gebleven zoals Hansen veronderstelt, maar flink gestegen. Laten we er om het eenvoudig te houden van uit gaan dat de grafiek van Hansen de situatie in De Bilt voorstelt. Startpunt is het jaar 1985.

straling de bilt 85 10

Om de eenvoud er in te houden veronderstellen we dat de toename van de binnenkomende kortgolvige energie een rechte lijn is. We gebruiken dus de lineaire trendlijn uit bovenstaande grafiek.

Bovendien heb ik de grafiek verlengd naar 2010 en de groene lijn die de forcing van de ‘well mixed greenhouse gasses’ doorgetrokken van 2003 naar 2010. Gezien de tamelijk lineaire stijging van het atmosferisch CO2-gehalte gedurende de afgelopen jaren is dat wel toegestaan lijkt me. De grafiek zou er dan als volgt uit komen te zien:

forcings1rev

De grafiek ziet er spectaculair uit. In navolging van Al Gore heb ik even overwogen om rechts van de grafiek een bouwlift te plaatsen waarop ik dan het hoogste punt van de grafiek zou aanwijzen. Daar heb ik toch maar van af gezien, deze site poogt serieus te zijn en geen ‘climatainment’ te bieden. De grafiek is desondanks spectaculair: forcing als gevolg van brightening in De Bilt is ongeveer 10x zo groot als die van het versterkt broeikaseffect!

olr

Bron: NASA

De door Hansen et al berekende forcing is gemiddeld voor de gehele aarde. Hoewel CO2 en andere well mixed greenhouse gasses inderdaad well mixed zijn, zijn de stralingsfluxen overal anders. In bovenstaande figuur is de gemiddelde OLR (outgoing longwave radiation) weergegeven zoals gemeten door CERES aan boord van de Terra satelliet van NASA. Zoals bekend uit de stralingsbalans die hier al vaker voorbij is gekomen is de gemiddelde OLR  242 W/m2 . Als we naar de kleur kijken van Nederland op het satellietplaatje dan komt die aardig overeen met die gemiddelde OLR. Ik denk daarom dat de globale forcing van broeikasgassen zoals berekend door Hansen et al niet sterk  zal afwijken van die in Nederland.

Terug nu naar de originele forcinggrafiek van Hansen et al. Sinds 1880 is  de forcing van ‘well mixed greenhousegasses’ toegenomen met ongeveer 3 W/m2 . Dat heeft volgens dezelfde Hansen een mondiale temperatuurstijging van ongeveer 0,8 °C teweeg gebracht. Nu is bekend dat de toename van de oppervlaktetemperatuur op aarde niet overal gelijk is: er zijn gebieden zoals West Europa die een sterkere toename hebben laten zien, en er zijn uiteraard gebieden met een geringere toename. In De Bilt ziet de temperatuurgang vanaf 1901 t/m 2010 er zo uit:

temp bilt 1901 2010

Data: KNMI

Tussen 1901 en 2010 is de temperatuurstijging in De Bilt 1,4 °C geweest. Volgens Hansen et al is die temperatuurstijging vrijwel geheel het gevolg van forcing als gevolg van het (antropogene) versterkte broeikaseffect. Maar als je de ‘gecorrigeerde’ forcingsgrafiek bekijkt moet er na 9185 een spectaculaire temperatuurstijging in De Bilt hebben plaatsgevonden.

temp bilt 1985 2010

Data: KNMI

De temperatuurstijging tussen 1985 en 2010 was 1,3 °C. Daar zijn twee dingen over op te merken. In de eerste plaats, en dat is hier al in een eerder bericht getoond, heeft de grootste temperatuurstijging  in De Bilt plaats gevonden na 1985 en nauwelijks tussen 1901 en 1985. Gezien het verloop van de broeikasforcing vanaf 1880 is dat opmerkelijk. De conclusie kan niet anders zijn dan dat CO2 een veel kleiner effect heeft op de temperatuur aan het aardoppervlak dan vaak verondersteld.

In de tweede plaats  ( daar is deze berichtenreeks mee begonnen) is die sterke temperatuurstijging na 1985 grotendeels het gevolg van een sterke temperatuursprong tussen 1988 en 1991. Vanaf 1992 gebeurt er niets meer. Kijkt u nogmaals eens naar de grafiek van Jan Ruis uit het bericht van 12 mei j.l.:

bilt 1992 2013

Vanaf 1992 tot heden is de trend van de temperatuurlijn van De Bilt vlak: er vindt sinds 1992 geen opwarming meer plaats. De forcing als gevolg van broeikasgassen is in dezelfde periode gestaag gestegen. De forcing als gevolg van brightening is in De Bilt tussen 1992 en 2010 met 2 W/m2 toegenomen. Waarom stijgt de temperatuur niet? Het had in De Bilt warmer moeten worden vanaf 1992. En van ‘tijdelijke opslag’ van energie in de diepere oceaan kan natuurlijk geen sprake zijn bij zonlicht dat op het land valt.

Voor dat ik dat laatste – de verdwenen warmte – bekijk, wil ik eerst weten welk effect de toename van kortgolvige energie en langgolvige energie afzonderlijk hebben gehad op de oppervlaktetemperatuur in De Bilt. Dat is tamelijk makkelijk te scheiden. Immers, kortgolvige energie is zonne-energie en komt alleen overdag binnen, langgolvige energie die vanuit de atmosfeer naar de aarde straalt komt 24 uur per etmaal binnen. Dat betekent dat ’s nachts uitsluitend langgolvige straling de aardkorst ‘verwarmt’.

Wild et al (2007) stellen:  “To disentangle the influence of surface solar and thermal radiation on global warming, we need to focus not only on changes in mean temperature, but also on the daily temperature cycle. Thereby we use the fact that solar and thermal radiation have different effects on the daily temperature cycle. Since the solar flux is only in effect during daylight, it affects the daily maximum temperature (TMAX) more than daily minimum temperature (TMIN). The nighttime minimum temperature, on the other hand, is mainly affected by the thermal radiative exchanges. Nighttime surface radiative cooling depends on the capacity of the atmosphere to absorb and re-emit thermal radiation towards the surface. An analysis of TMIN and TMAX therefore holds the potential to separate the influence of solar and thermal radiation on surface temperature. Note that daytime temperatures are less sensitive to radiative changes than nighttime temperatures, since the radiative energy at the surface can be distributed more effectively by the turbulent fluxes of sensible and latent heat within the predominately convective daytime boundary layer, than during the predominantly stable nighttime conditions therefore holds the potential to separate the influence of solar and thermal radiation on surface temperature ”.

Zowel data van de dagelijkse minimumtemperatuur (TMIN) als maximum temperatuur (TMAX) in De Bilt zijn voorhanden op de site van het KNMI. Voor de hele periode 1985 – 2012 ziet de TMAX er als volgt uit:

tmax bilt 85 12

In de gehele periode stijgt de TMAX ruim 1 °.  Omdat ik nieuwsgierig was of de stijging ook hier in het eerste stuk van de periode te zien is heb ik de grafiek gefileerd:  het eerste stuk loopt van 1885 t/m 1991, zodat de temperatuursprong van eind jaren ’80  meegenomen wordt. Zie het bericht van 29 mei 2013.

tmax bilt 85 91

Te zien is dat de trendlijn in deze grafiek een factor 10 sneller stijgt dan die van de gehele periode 1985 – 2012.

Zoals ik al een paar keer eerder heb aangetoond met  behulp van KNMI-data is er vanaf 1998 geen sprake meer van een stijging van de gemiddelde temperatuur in De Bilt, er is zelfs een lichte daling te zien. Dat is in de TMAX van diezelfde periode ook waarneembaar:

tmax bilt 98 12

Omdat er in de tussenliggende periode 1991-1998 niet veel gebeurt sla ik deze voor de overzichtelijkheid over. Liefhebbers kunnen natuurlijk zelf op onderzoek uit.

Doen naar dezelfde periodes voor de TMIN dan ziet dat er als volgt uit:

tmin bilt 85 12

 

tmin bilt 85 91

tmin bilt 98 12

Alle data zijn van het KNMI.

De daling van zowel TMAX als TMIN in de periode 1998-2012 is bijzonder: vanaf 1998 stijgt de inkomende kortgolvige straling als gevolg van verdere brightening nog met ongeveer 6 W/m2, en ook de ‘back radiation’ van warmtestraling vanuit de atmosfeer zou in deze periode toegenomen moeten zijn als gevolg van toename van broeikasgassen in de atmosfeer.

Wild et al (2007) geven voor het ontbreken van een temperatuurrespons aan het aardoppervlak de volgende verklaring: “Surface temperature may only effectively respond to changes in surface solar radiation, if these changes are caused by processes which alter the total amount of solar energy absorbed in the climate system (such as through scattering aerosol, cloud reflectance or variations in the solar flux incident at the top of atmosphere) [Ramanathan et al., 2001; Wong et al., 2006]. However, if the surface radiation changes are merely caused by a redistribution of solar absorption between atmosphere and surface with little effect on the total amount absorbed in the climate system (such as through absorbing aerosol), the temperature change at the surface would be largely suppressed by an opposed temperature change in the energetically tightly coupled troposphere, despite  ignificant changes in surface solar radiation ”.

Met andere woorden: veranderingen van temperatuur aan het aardoppervlak  als gevolg van veranderingen in de hoeveelheid binnenkomende zonne-energie aan het oppervlak worden tenietgedaan door een omgekeerde respons in de troposfeer. Dat lijkt me nogal merkwaardig, we hebben toch ook aan het aardoppervlak te maken met een energiebalans die ‘op orde’ moet zijn?

Zowel de TMAX als TMIN in De Bilt tussen 1985 en 1991 zijn flink gestegen als gevolg van de toegenomen kortgolvige straling van de zon en langgolvige straling vanuit de atmosfeer. De stijging van TMAX was in deze periode wat groter dan van de TMIN, wat begrijpelijk is omdat TMIN  (afgezien van advectie) bepaald wordt door naar beneden gerichte langgolvige straling en TMAX ook door binnenvallende kortgolvige straling. Opvallend is wel dat het verschil minder groot is dan wellicht verwacht.  Ook bij de lichte daling van beide grootheden na 1998 zien we dat TMIN wat harder daalt dan TMAX, daarover later meer.

trenberth stralingsbalans

 

Bron: Trenberth 2009

De vraag is nu waarom de temperatuur in De Bilt vanaf pakweg begin jaren ’90 van de vorige eeuw eigenlijk niet reageert op de sterk toegenomen zonne-energie, en ook niet op de toegenomen langgolvige straling vanuit de atmosfeer. Het antwoord moet te vinden zijn in de stralingsbalans, die hierboven is afgebeeld en die al vaker een rol op deze site heeft gespeeld.

Laten we ons focussen op de energiestromen (fluxen) aan het aardoppervlak. De getallen zijn gemiddelden voor de gehele aarde. Duidelijk zal zijn dat als er een + voor een getal staat dat dit betekent dat het aardoppervlak door die flux opwarmt, bij een – koelt de aarde  door die flux af.    Binnenkomend zijn incoming solar radiation (+ 161 W/m2)  en back radiation (+ 333 W/m2). Uitgaande energiestromen zijn surface radiation (- 396 W/m2), thermals (- 17 W/m2)  enevapotranspiration (- 80 W/m2) . Omdat de langgolvige straling zowel een inkomende als uitgaande component heeft is het netto-effect van deze warmtestraling aan het aardoppervlak 396 – 333 = – 63 W/m2).

Hier kunnen we al enkele belangrijke conclusies trekken: kortgolvige straling (solar radiation) is de belangrijkste opwarmende component, verdamping (evapotranspiration) het belangrijkste afkoelende mechanisme voor het aardoppervlak. Voor diegenen die al vaker met het klimaatbijltje hebben gehakt zijn dat geen verrassingen. Het KNMI heeft gemeten dat de inkomende zonnestraling in De Bilt  tussen 1985 en 2010 met 10 W/m2 was toegenomen, een toename van ruim 9%. De toename van de langgolvige straling als gevolg van het versterkt broeikaseffect wordt voor dezelfde periode geschat op 1 W/m2,  een factor 10 kleiner. Zie het bericht van 21 juni j.l.

straling de bilt 85 10

Data:  KNMI

De vraag waar al die extra energie is gebleven is in de stralingsbalans te zien: die heeft het aardoppervlak weer verlaten via de 3 afkoelende fluxen  surface radiation, thermals enevapotranspiration, waarvan de laatste, verdamping, zoals we zagen verreweg de belangrijkste is. Het is te verwachten dat verandering in de uitgaande langgolvige straling (surface radiation) in de periode slechts een relatief geringe rol van betekenis heeft gespeeld. Die is afhankelijk van de oppervlaktetemperatuur en die is in De Bilt na 1998 niet meer gestegen. Zie de grafiek hieronder:

gem maand temp bilt 1998 2012

Data:  KNMI

Blijven over convectie en verdamping. Zoals in de stralingsbalans is te zien is verdamping mondiaal bezien de belangrijkste factor bij afkoeling van het aardoppervlak. Dat geldt ook voor de situatie in ons land.

Verdampingscijfers zijn vaak moeilijk te verkrijgen, ze zijn schaars. Wel kun je de potentiele  verdamping aardig benaderen met behulp van vaak uitgebreide formules.  Zo heb ik in een grijs verleden nog de verdamping volgens de methode van Penman (Penman-Monteith methode) moeten bestuderen. Dat was geen pretje.De referentieverdamping volgens Makkink is een andere bekende methode om de verdamping te berekenen. Het blijven echter modellen, met voor- en nadelen.

Om er achter te komen of er inderdaad sprake is van toename van de verdamping sinds het begin van ‘brightening’ midden jaren ’80 kunnen we naar  de neerslagcijfers kijken. Immers:what goes up must come down. De neerslag loopt min of meer synchroon met de verdamping vanwege het feit dat de opslagcapaciteit van de troposfeer voor water vele malen kleiner is dan de H2O-fluxen omhoog en omlaag. Bovendien is de verblijftijd van waterdamp in de troposfeer is maximaal enkele dagen.

Uiteraard is de nabijheid van vrij verdampende wateroppervlakken zoals de Noordzee van invloed op de neerslag die er in Nederland valt, maar ook verdamping op het landoppervlak is van groot belang voor de vorming van neerslag.  Teuling et al (2009) schatten dat zo’n 60% van de neerslag die op het land valt het gevolg is van verdamping boven land.

wild stockholm

Bron: Wild et al 2010

Wild et al (2010) constateren een tamelijk sterke correlatie tussen de inkomende zonnestraling en de neerslag in Stockholm vanaf begin 20e eeuw. Daarbij moet men niet alleen denken aan de toename van de verdamping door stijgende temperaturen als gevolg van absorptie van zonlicht aan het aardoppervlak. Het is bekend dat zonlicht ook direct invloed heeft op verdamping. Het is al wat langer bekend dat licht watermoleculen los kan maken uit het wateroppervlak. Licht bestaat uit fotonen zonder rustmassa. Fotonen bezitten echter wel energie in de vorm van een impuls, en impulsen kun je overdragen. Dat is aangetoond in het IKARUS-project van JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency).

ikarus - kopie

Bron: JAXA

Bij diverse onderzoeken is aangetoond dat zonlicht een behoorlijk grote directe invloed heeft op verdampingssnelheid, dus naast het effect van verwarmen van het water. Solar forcing heeft mede daardoor een grotere invloed op verdamping dan binnenkomend langgolvige straling uit de atmosfeer.

Wild et al stellen in hun artikel uit 2010: “  Solar forcings may be even more efficient in modifying the intensity of the hydrological cycle than thermal forcings, as indicated by a higher hydrological sensitivity (e.g., Allen and Ingram 2002, Liepert et al 2004). The hydrological sensitivity, defined as change of precipitation per unit temperature change, is found to be 2–3 times larger under solar forcings than under thermal forcings (Liepert et al 2004, Andrews et al 2009). This is related to the fact that solar forcings apply at the surface directly because of the high solar transparency of the atmosphere compared to thermal radiation. Solar forcings thus effectively alter the surface radiation balance and the associated imbalance between the surface and atmospheric energy contents, which needs to be compensated for by convective fluxes and related evaporation/precipitation. Greenhouse-gas-induced thermal forcings, on the other hand, heat the atmosphere directly through radiative absorption and the surface indirectly through downward thermal radiation. Thermal forcings are therefore less effective in strengthening the imbalance between the surface and atmospheric energy contents ”.

Terug naar De Bilt.  Helaas heeft De Bilt niet een vergelijkbaar lange datareeks van zonnestraling. De bruikbare gegevens beginnen medio 1957. Uiteraard een neerslagreeks van De Bilt voorhanden die al veel eerder begint, in het midden van de 19e eeuw. Van beide reeksen, inkomende zonnestraling en neerslag, heb ik twee reeksen in grafieken gezet, namelijk 1958 – 1984 en 1985 – 2010. Het resultaat ziet u hier:

straling de bilt 58 10

maand neerslag bilt 1958 2010 - kopieData: KNMI

De correlatie is opvallend en begrijpelijk. Als in de eerste periode de inkomende zonnestraling afneemt als gevolg van dimming dan neemt de neerslag ook af.  Gaat na 1985 de inkomende zonnestraling omhoog vanwege brightening dan gaat de neerslag ook omhoog. De gemiddelde maandelijkse neerslag neemt in de periode 1985 -2010 zelfs toe van 65,5 mm tot 74,1 mm, een toename met ruim 13%.

Teuling et al (2009) hebben onderzoek gedaan naar de regionale trends in verdamping op het land. Trends in inkomende straling (dimming en brightening) worden verondersteld vooral invloed te hebben in gebieden waar verdamping sterk correleert met straling (en de invloed van de oceaan gering is). Dat is bijvoorbeeld het geval in centraal Europa:

teuling1 - kopie

teuling2 - kopie

Als we inzoomen op Nederland zien we echter dat ook in ons land de invloed van straling op de verdamping groot is:

teuling3 - kopie
Mijn conclusies:

er is een duidelijke correlatie is tussen inkomende zonnestraling en neerslag in De Bilt.  Er is vastgesteld dat zonlicht een 2 tot 3x zo’n grote invloed op de hydrologische gevoeligheid (verdamping, neerslag) heeft als warmtestraling. De toename van binnenkomende straling in De Bilt vanaf 1985 komt grotendeels op rekening van kortgolvige (zonne-)straling. Ondanks die sterke toename van binnenkomende straling is er in De Bilt vanaf 1992 nauwelijks meer sprake van temperatuurstijging, vanaf 1998 daalt de temperatuur zelfs licht.

Alles overziend ligt het voor de hand om het ontbreken van een temperatuurstijging in De Bilt (deels) toe te schrijven aan de toegenomen verdamping. Die toegenomen verdamping is grotendeels het gevolg van de toegenomen kortgolvige straling als gevolg van brightening. Het versterkt broeikaseffect speelt hierin een ondergeschikte rol.