Een gastbijdrage van Guido van der Werf.

Wellicht de belangrijkste parameter in de klimaatwetenschap en het klimaatdebat is klimaatgevoeligheid. Deze geeft aan hoe gevoelig de mondiaal gemiddelde temperatuur is voor een verandering in forcering. Dat laatste kan bijvoorbeeld een verandering in zonkracht zijn, of een antropogene (=menselijke) forcering zoals CO2 en andere broeikasgassen. Als je de klimaatgevoeligheid weet, kan je op basis van projecties van uitstoot en aannames over natuurlijke klimaatverandering uitspraken doen over de verwachte temperatuurstijging in de toekomst.

Er bestaan twee soorten klimaatgevoeligheid; overgangs en evenwichts. Evenwichtsgevoeligheid geeft min of meer aan wat de temperatuurstijging is na lange tijd, als het aardsysteem weer in evenwicht is gekomen. Overgangsgevoeligheid heeft betrekking op een systeem dat nog niet in evenwicht is en gebruiken we bijvoorbeeld om de temperatuurstijging in het jaar 2100 uit te rekenen op basis van projecties van uitstoot voor de komende eeuw. In het Engels heet overgangs-klimaatgevoeligheid de Transient Climate Response oftewel TCR. Deze TCR kan op verschillende manieren berekend worden, op basis van natuurkundige wetten, met klimaatmodellen, en op basis van observaties van het temperatuurverloop in het verleden.

Inhoudelijke discussies over klimaatgevoeligheid op deze site eindigen vaak met een patstelling waarin de ene partij wijst op studies met een hoge klimaatgevoeligheid en de andere partij op studies met een lage klimaatgevoeligheid. Een favoriete plaatje daarbij is onderstaande grafiek uit een publicatie van Gervais (2016) die de suggestie wekt dat voortschrijdend inzicht tot een daling van de klimaatgevoeligheid leidde.

Figuur 1. Reproductie van Figuur 1 van Gervais (2016). TCR wordt meestal uitgedrukt per eenheid forcering gelijk aan het effect van een verdubbeling van de CO2 concentratie, oftewel 3,7 W / m2

Onlangs kwam een overzichtsartikel over de TCR uit van Knutti et al. (2017) waarin veel meer studies werden genoemd. Uiteraard is dit een ietwat recentere studie dus er zijn wat datapunten bijgekomen, maar het is duidelijk dat Gervais zich beperkte tot een selectie van de beschikbare literatuur. Overigens vind je online nog wel meer artikelen hierover, maar het lijkt me verstandig om niet alles te geloven wat er online staat maar te focussen op de wetenschappelijke literatuur.

Figuur 2. Compilatie van studies in Knutti et al. (2017) die berichten over de overgangsklimaatgevoeligheid (TCR) met in zwart de studies die ook door Gervais waren meegenomen. Een van de rode punten in 2014 is een studie van mij.

Ook hier herkennen we een neergaande lijn, maar veel minder steil dan in de compilatie van Gervais. Er is overigens een goede reden dat recente studies die de TCR met behulp van observaties berekenen op lagere waardes uitkomen, dat heeft te maken met nieuwe inzichten in de mate waarin fijnstof (aerosolen) een afkoelende werking hebben. Dit is een technisch verhaal waar we op het einde nog even bij zullen stilstaan. Goede wetenschappelijks studies rapporteren niet alleen een ‘beste schatting’ zoals aangegeven in Figuur 1 en 2, maar ook een onzekerheid. Laten we die erbij betrekken.

Figuur 3. Compilatie van studies in Knutti et al. (2017) die berichten over de overgangsklimaatgevoeligheid (TCR) met de onzekerheidsmarge in zwarte lijnen en de beste schattingen als stip. Die laatste zijn dezelfde waardes als in Figuur 2. De rode punten geven studies zonder onzekerheidsmarge aan, de grijze band geeft de range die het IPCC gebruikt voor de meest waarschijnlijke TCR waardes.

Deze grafiek kan je waarschijnlijk op meerdere manieren lezen. De eerste reactie van Hans Labohm was ‘the science is not settled’. Een terechte opmerking lijkt me. Het IPCC vat het anders samen, namelijk dat de TCR hoogstwaarschijnlijk tussen de 1.0 en 2.5 graden ligt. Ook een terechte observatie, bedenk dat de waardes aan de uiteindes van de onzekerheidsmarges van individuele studies minder waarschijnlijker zijn dan de waardes in de buurt van de beste schattingen.

Maar die rode stippen dan, de uitvlucht voor iedereen die denkt dat de mens weinig invloed heeft op het klimaat? Dat zijn dus de studies zonder onzekerheidsmarge, of met een onrealistisch kleine range. Vaak van vakbladen uit andere disciplines zoals Ecological Modeling. Die misschien geen grondige review ondergaan zijn en waarvan achteraf gesteld wordt dat ze niet klopten. Of ze komen uit vakbladen die niemand kent maar een nieuw verdienmodel gevonden hebben (zoals Universal journal of Geoscience).

Ook interessant is dat het allemaal studies van één persoon zijn zonder opleiding in deze materie. Dat kan natuurlijk verfrissend zijn, zie het werk van Nic Lewis die met o.a. Marcel Crok en Judith Curry mooie publicaties schreef. Ook is het wel interessant dat een van de 2 rode punten die niet aan de IPCC range voldoet van Ollila (2014) is, terwijl dezelfde auteur twee jaar later weer dubbel zo hoog uitkomt (meest rechtse rode stip).

Wat bijna niemand beseft is dat zelfs de laagste waardes uit deze compilatie in overeenstemming zijn met de stelling van het IPCC dat tenminste de helft van de opwarming sinds 1950 door de mens komt. Weliswaar op het randje, maar toch. Een mooi voorbeeld van hoe voorzichtig het IPCC is met haar uitspraken. Op dit aspect klopt de uitspraak ‘the science is settled’ dus toch wel.

Maar bovenstaande twee paragrafen roepen altijd weer dezelfde discussies op over peer (pal) review en cordon sanitaire, ook al zitten er flink wat studies bij van “sceptici”. Dus dan maar even zelf naar de data kijken, ook om een beter begrip over hoe de TCR waardes op basis van observaties nu eigenlijk verkregen kunnen worden.

Figuur 4: Temperatuuranomalie (HadCRUT4) en stralingsforcering (van het laatste IPCC rapport maar bijgewerkt tot 2017). Links de tijdseries met in dik blauw het 7-jaar lopend gemiddelde van de temperatuur om de invloed van El Niño en vulkanen wat te maskeren, rechts dezelfde jaarlijkse data maar dan als spreidingsdiagram.

Er bestaat een goed wiskundig verband tussen temperatuur en stralingsforcering over de laatste eeuw (R2=0.84). Die stralingsforcering is de som van opwarmende factoren zoals broeikasgassen en afkoelende factoren zoals fijnstof. Hij is hier uitgezet in eenheden van CO2 verdubbelingen om makkelijk de TCR uit te kunnen rekenen, 1 eenheid staat dan voor 3,7 W / m2. TCR is de verandering in temperatuur per 3,7 W/ m2, de helling in de rechtergrafiek dus. Die is rond de 1.5 graden, met onzekerheid eromheen. Klimaatmodellen zitten gemiddeld rond de 1,8 graden voor TCR.

Als je het helemaal netjes doet en ook andere natuurlijke factoren zoals vulkanen, El Niño, en de Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) meeneemt dan wordt het verband tussen temperatuur en stralingsforcering nog beter (R2=0.90) en loopt met name de 1900-1970 periode beter in de pas. Voor een groot deel is dat door de AMO die dus ook een deel van de opwarming tussen 1970 en 2000 kan verklaren. En dan rolt ook weer de 1.0 graden als ondergrens en de 2.5 graden als bovengrens uit de berekeningen, alle onzekerheden inclusief die van forceringen en temperatuur in acht nemend.

Een punt van kritiek op deze methode was dat je er van uitgaat dat alle opwarming door ‘de mens’ komt terwijl vóór 1950 die invloed misschien minder groot was. Vandaar dat er ook nog een helling uitgerekend is voor de data vanaf 1950. Resultaat? Ook weer een TCR van 1.5 graad. Bijkomend voordeel is dat op deze manier de oceaancycli AMO en Pacific Decadal Oscillation (PDO) met een cyclus van 70 jaar minder netto invloed hebben. Uiteraard zijn deze waardes puur statistisch, maar ze komen overeen met wat je op fysische gronden verwacht. Meerdere onafhankelijke lijnen van bewijs zoals dat zo mooi heet. Daarnaast krijg je zonder antropogene factoren de opwarming niet fysisch verklaard, zeker niet die van na 1950. Bedenk dat de zon in die tijd minder sterk is geworden, met name de laatste decennia.

De onderliggende reden dat TCR nu lager ligt dan TCR van vóór het laatste IPCC rapport is dat voorheen de afkoelende werking van fijnstof sterker werd ingeschat. Daardoor was de netto stralingsforcering lager en je helling in bovenstaande rechterfiguur hoger. Voelt een beetje tegenstrijdig, maar bedenk dat klimaatgevoeligheid de ratio tussen veranderingen in temperatuur en forceringen is. Toen we nog van een sterker afkoelend effect van aerosolen uitgingen deelde je door een kleinere netto forcering dus kwam er vroeger een groter getal uit.

Moraal van het verhaal? Om te claimen dat overgangs-klimaatgevoeligheid onder de 1 graad ligt moet je je in mijn ogen in heel vreemde bochten wringen. Dan schuif je alle bekende kennis opzij en vertrouw je op ongefundeerde hoop. Ik zou willen dat ik dat kon. De ondergrens van 1 graad klimaatgevoeligheid betekent ongeveer 2 graden opwarming in 2100 bij ongewijzigd beleid aangezien we tegen die tijd wel op het equivalent van 2 CO2 verdubbelingen zitten. Methaan en lachgas spelen daarin ook een belangrijke rol. Dan hebben we het nog niet over de meer waarschijnlijke waardes van overgangs-gevoeligheid of evenwichts-klimaatgevoeligheid gehad, die liggen uiteraard hoger.

Guido van der Werf.

Aldus Guido van der Werf, werkzaam als hoogleraar aan de Vrije Universiteit in Amsterdam aan koppelingen tussen het klimaat en de koolstofcyclus. Hij is gefascineerd door de soms grote kloof tussen de wetenschap enerzijds en blogosfeer en publieke opinie anderzijds.

Meer lezen?

Anthropogenic CO2 warming challenged by 60-year cycle van Gervais (2016)

Beyond equilibrium climate sensitivity, van Knutti et al. (2017)

Natuurlijke factoren en klimaatgevoeligheid, een toegankelijk artikel hierover

Hogere kwaliteit figuren op http://www.geo.vu.nl/~gwerf/temp/TCR/