De afgelopen winter, met veel sneeuw en koude, was een mooi voorbeeld van de natuurlijke variaties die het klimaat tentoonspreidt en de rol van veranderingen in het Arctische weer op ons klimaat. Met dat in mijn achterhoofd kwam ik afgelopen week op het weblog van Roger Pielke Sr. een bericht tegen over resultaten van Japanse onderzoekers met een ogenschijnlijk nogal opmerkelijke conclusie over Arctisch zeeijs. Niet de mens maar natuurlijke variaties in het Arctisch gebied verklaren de recente opwarming daar en de afname in zeeijs.

Houdt het artikel enig verband met Climategate en het IPCC? Neuh, eigenlijk niet. Waarom dan toch een weblog? Gewoon, om eens te laten zien wat je zoal tegenkomt in de klimaatwetenschappelijke literatuur en om een eerste aanzet te doen voor Climategate.nl als publiek/wetenschappelijk discussieplatform.

Persoonlijk houd ik overigens erg van een artikel als dat van de Japanners. Het prikkelt je, het dwingt je om na te denken over dit vak. Wat zijn je uitgangspunten, wat zijn de mogelijke consequenties, klopt het allemaal nog wel?

Arctisch zeeijs: de spreekwoordelijke kanarie in de mijn?
De opwarming in het Arctische gebied de afgelopen decennia en de afname van Arctisch zeeijs heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen. Was de grote afname van zeeijs in de zomer van 2007 nou een eerste echt duidelijk teken van “global warming”? In het populaire discours in ieder geval wel. Hoe vaak er al niet verwezen is naar de zomer van 2007 als voorteken van wat ons te wachten staat is niet te tellen. En er werd druk gespeculeerd wanneer de Noordpool in de zomer voor het eerst ijsvrij zou zijn. Er waren onderzoekers die stelden dat dit al in 2013 het geval zou kunnen zijn.

Maar daar kwam afgelopen week dus het artikel van Ohashi en Tanaka [2010] langs, met de niet bijster inspirerende titel “Data Analysis of Recent Warming Pattern in the Arctic”. De samenvatting trok echter meteen de aandacht:

It is concluded that the arctic warming before 1989 especially in winter was explained by the positive trend of the AOI. Moreover the intensified Beaufort High and the drastic decrease of the sea ice concentrations in September after 1989 were associated with the recent negative trend of the AOI. Since the decadal variation of the AO is recognized as the natural variability of the global atmosphere, it is shown that both of decadal variability before and after 1989 in the Arctic can be mostly explained by the natural variability of the AO not by the external response due to the human activity. [mijn nadruk]

Hmmm, interessant. Eens zien wat ze gedaan hebben. In de introductie merken de auteurs op dat er sprake is geweest van Arctische opwarming in de afgelopen 30 jaar maar dat er zich eerder een soortgelijke opwarming heeft voorgedaan (1920-1940). Die kan natuurlijk niet met “global warming” samenhangen, want die was er toen nog maar amper. Die opwarming wordt dan ook toegeschreven aan natuurlijke variabiliteit, en aangezien de recente opwarming niet heel erg anders lijkt te zijn dan die tussen 1920 en 1940 – met de opmerking dat er aanzienlijk minder waarnemingen zijn gedaan tussen 1920 en 1940 – is de vraag gerechtvaardigd of de recente opwarming dan ook niet het gevolg kan zijn van natuurlijke variabiliteit.

Arctisch Oscillatie
Die natuurlijke variabiliteit hangt o.a. samen met wat bekend staat als de Arctische Oscillatie (AO). Dat is feite niets anders dan een maat voor de luchtdrukverdeling op het noordelijk halfrond en wel verschillen in luchtdruk tussen de middelbare breedtegraden waar wij ons bevinden en Arctische gebieden. Of de AO een werkelijk atmosferische fenomeen is met fysische oorzaken of slechts een manifestatie van natuurlijke variaties in de chaotische atmosferische circulatie is daarbij niet duidelijk, maar het is hoe dan ook een handige en bruikbare parameter die ook zijn weg heeft gevonden in het maken van seizoensverwachtingen.

Dat de AO een flinke invloed heeft op regionale temperaturen hebben we gemerkt. De AO was deze winter sterk negatief waardoor het in de VS, Europa en Oost-Azië ver beneden gemiddeld koud was, maar in polaire gebieden – en in extreme mate in noordwestelijk Canada – juist warmer dan gemiddeld. Reden voor Roger Pielke Sr. om nog maar eens te wijzen op het belang van regionale klimaatvariabiliteit in ons dagelijk leven en dat we daar meer onze aandacht op zouden moeten vestigen in plaats van op het mondiale gemiddelde. Ik heb daarvoor de term: “What About My BackYard (WAMBY)?” bedacht, als tegenhanger van het “Not In My BackYard (NIMBY)”. Maar goed, dat is een onderwerp voor een andere keer.

Wat hebben de Japanners gedaan?
Terug naar de Japanse studie. Om de rol van de AO in Arctische temperaturen te bestuderen gebruiken de Japanners de HADCRUT oppervlaktetemperaturen, NCEP-heranalyses voor luchtdruk en oppervlaktetemperatuur en HADLEY zeeijsgegevens voor de periode 1950 tot 2008. Ze pasten een EOF analyse toe (Empirical Orthogonal Function), een mathematische analyse waarmee de dominante ruimtelijke patronen van variabiliteit in een tijdreeks te bepalen zijn. De Japanners wilden te weten komen welke ruimtelijke patronen in temperatuurveranderingen het meest bijdroegen aan de tijdsvariaties in temperatuur. De conclusie was dat de Arctische opwarming tussen 1969 en 1989 verklaard kan worden door een positieve trend in de AO. De daaropvolgende negatieve trend in de AO zorgde vervolgens voor een verandering in windpatronen die het transport van zeeijs veranderde, met bijvoorbeeld minder zeeijs in de Beaufortzee, en gekoppeld met een ander albedo leidend tot een aanzienlijke stijging van de temperatuur aldaar. Het is dus vooral de AO die bepalend is voor de opwarming in het Arctische gebied en de veranderingen in zeeijs de afgelopen decennia, aldus de Japanners.

En hoe zit het met de klimaatmodellen?
Het aardige is dat de Japanners eenzelfde EOF-analyse hebben toegepast op klimaatmodelberekeningen voor de periode 2001-2099, zoals veelvuldig gebruikt in IPCC rapporten. Daaruit blijkt dat modellen een dominant ruimtelijk patroon genereren dat vooral samenhangt met een ijs-albedo-temperatuur koppeling (en daarmee dus broeikasgassen), en veel minder met de invloed van de AO. Klimaatmodellen simuleren dus om de verkeerde redenen de juiste opwarming. Dat heeft een aantal consequenties. Het betekent dat de teruggang in zeeijs voor een aanzienlijk deel weer teniet kan worden gedaan (reversibel). Het betekent ook dat bij veranderingen in de AO de Arctische gebieden aanzienlijk kunnen afkoelen (houdt het in de gaten). Het betekent dat klimaatmodellen niet in staat zijn om de juiste natuurlijke variabiliteit te simuleren. En het betekent dat er niet zo veel opwarming door broeikasgassen nodig is voor het verklaren van de recente opwarming in Arctische gebieden, wat bij mij de vraag oproept hoeveel broeikasgassen dan überhaupt bijdragen en hoe groot de klimaatgevoeligheid dan eigenlijk is. Dit staat dan nog weer los van de suggestie in andere vakliteratuur dat ook het neerslaan van roet op ijs en sneeuw bijgedragen kan hebben aan die recente opwarming. Daarmee zou er dus nog minder opwarming over zijn om toe te schrijven aan broeikasgassen. Kortom, vragen te over.

Is dit bijzonder nieuws?
Logischerwijs vraag je je dan af of dit nou een heel uitzonderlijk wetenschappelijk resultaat is. Dus maar eens de archieven ingedoken. En verdomd, als je daar rondneust zie je dat het eigenlijk helemaal geen schokkend resultaat is, zoals volgt uit een greep van beschikbare vakliteratuur gepubliceerd in de afgelopen jaren.

Wat schrijft men zoal over de processen die bijdragen aan veranderingen in zeeijs? Circulatiepatronen [Francis, GRL, 2007; Lukovich, JGR, 2007; Deser, GRL, 2008; Ogi, GRL, 2008; X. Zhang, GRL, 2008; Lindsay, JCL, 2009; Simmonds , GRL, 2009], eventueel in combinatie met sneeuw-ijs-albedo terugkoppelingen [Wang, GRL, 2009], in combinatie met dunner wordend ijs [Lindsay, JCL, 2009] en stratosferisch ozon [Turner, GRL, 2009].

Ook een afname in wolken en dus een toename in zonneschijn speelt een rol [Kay, GRL, 2008; Liu, JCL, 2008; Kay, JGR, 2009] hoewel niet iedereen denkt dat het in 2007 heeft bijgedragen [Schweiger, GRL, 2008].

Veranderingen in circulatiepatronen dragen trouwens ook stevig bij aan veranderingen in sneeuwbedekking op het noordelijk halfrond [Vicente-Serrano, JGR, 2007].

Het zeeijs kan op zijn beurt het weer ver buiten polaire gebieden beïnvloeden [Francis, GRL, 2009].

Voorspellingen
En voorspellingen? Volgens Kauker [GRL, 2008] zijn de belangrijkste voorspellers de ijsdikte in maart, de atmosferische circulatie in mei en juni en de temperatuur in september. Een voorspelling op basis van een simpel statistisch modelletje suggereerde dat in 2008 het Arctisch zeeijsoppervlak zo’n 4.4 miljoen vierkante kilometer zou bedragen met een 40% kans op een record [Drobot, GRL, 2008]. Die voorspelling kwam overigens niet uit, het werd zo’n 4.8 miljoen vierkante kilometer, 10% meer dan voorspeld. Idem voor de voorspelling van een 50% kans op een nagenoeg ijsvrije noordwestelijke passage in september 2008 die niet uitkwam [J. Zhang, GRL, 2008]. Met de IPCC modellen kun je ergens rond 2037 op een ijsvrije (zomer) noordpool uitkomen [Wang, GRL, 2009]. Echter,of complexere modellen beter voorspellen is maar de vraag, want klimaatmodellen hebben grote moeite met het simuleren van bijvoorbeeld Arctische veranderingen in wolken [Tjernstrom, JAMC, 2008]. Sterker nog, volgens Eisenman [GRL, 2007] zouden klimaatmodelvoorspellingen van Arctisch zeeijs wel eens volledig onbetrouwbaar kunnen zijn.

Aangezien circulatiepatronen volgens vele studies sterk bijdragen aan de variaties in Arctisch zeeijs valt te verwachten dat zelfs over tientallen decades of langer de natuurlijke variabiliteit een grote rol speelt in de vorming en afbraak van Arctisch zeeijs. Voorzichtigheid met voorspellingen en interpretaties is dus geboden, aldus Kauker [JGR, 2008].

En dat brengt ons dan terug bij de Japanse studie: klimaatmodellen lijken niet al te goed in het simuleren van natuurlijke variabiliteit, en daarmee zijn ook voorspellingen problematisch. Dat er vele factoren zijn die bijdragen aan Arctisch zeeijs en dat al deze factoren ook nog eens op elkaar van invloed kunnen zijn – en dus een gegeven temperatuurverandering versterken – is niet van belang voor de vraag wat de oorzaak is van de opwarming. Maar wel dat het Arctische systeem wel eens zeer variabel kan zijn, onafhankelijk van de oorzaken, en dat de recente opwarming en afname van zeeijs grotendeels natuurlijk kan zijn.

Tot slot.

Gezien de vakliteratuur die hierboven beschreven wordt is het resultaat van de Japanse onderzoekers eigenlijk niet heel vreemd. Integendeel, het past juist heel goed bij wat er al bekend is. Maar hoort u daar ooit wat over in de populaire media? Ik niet. Toch durf ik de stelling wel aan dat Arctisch zeeijs NIET de spreekwoordelijke “kanarie in de mijn” is. Zoals zo vaak in het klimaatonderzoek blijkt – als je in meer detail kijkt – is dat alles toch een stuk ingewikkelder is dan wordt gesuggereerd.

De “kanarie” kon tijdens de zomer van 2007 wel eens last kunnen hebben gehad van een verkoudheidje in plaats van mijngas.

Gerelateerd: