Zijn klimaatmodellen zinvol?

Peter van Toorn.

Een gastbijdrage van Peter van Toorn.

De wetenschappelijk onderbouwing van de Parijse klimaatakkoorden is gebaseerd op de klimaatprojecties gepubliceerd door het IPCC. Er zijn primair twee factoren, waarop die verwachtingen van temperatuur zijn gebaseerd, nl. de grote invloed van CO2, en de ondersteuning van het geheel door klimaatmodellen.

De politiek hecht een grote waarde aan de klimaatmodellen. Deze modellen laten een stijging van de temperatuur zien, en de politiek denkt niet alleen daar wat aan te moeten doen, maar weet ook wat eraan te kunnen doen.

De vorige minister van economische zaken had geen boodschap aan het feit, dat metingen niet geheel de modellen ondersteunden. Hij ging alleen uit van de modellen. Ik krijg niet de indruk dat de huidige minister daar anders over denkt.

Natuurkundig is de temperatuurverandering een maat voor de (statistische) verandering van de energie van de atmosfeer. Ik zeg met name de atmosfeer, daar met behulp van de metingen van weerstations sinds 1900 en de laatste 30 jaar met satellietwaarnemingen, alleen de veranderingen in de atmosfeer wordt gemeten. Deze metingen liggen ten grondslag aan de politieke paniek, die we zien in akkoorden van Parijs en het klimaatbeleid in ons eigen land en elders in de EU.

Die waargenomen temperatuurverandering wordt in de huidige dogma’s van de klimaatwetenschap vrijwel volledig toegeschreven aan toename van broeikasgas CO2, ontstaan door verbranding van fossiele energie, en versterkt door klimaatgevoeligheid.

Broeikasgassen en klimaatgevoeligheid

Er moet een evenwichtstemperatuur zijn tussen enerzijds de ingestraalde zonne–energie en uitgestraalde energie. Die temperatuur is veel lager dan de gemeten temperatuur van de atmosfeer.

Het verschil wordt het broeikaseffect genoemd en wordt volledig toegeschreven aan de invloed van “broeikasgassen”. Daar valt overigens wel wat op af te dingen, maar het gaat te ver om hier verder op in te gaan.

Broeikasgassen als CO2 en waterdamp hebben een fysische eigenschap om een lichtdeeltje (foton) in te vangen, om te zetten in een vibratie (trilling) van het molecuul, en daarna een soortgelijk foton weer uit te zenden. Met vertraging wordt energie getransporteerd, maar effectief blijft energie hangen in met name de waterdamp. Concentratie waterdamp in de atmosfeer kan overigens sterk fluctueren tussen bijna 0 en maximaal 4 %.

De fysische redenering achter klimaatgevoeligheid voor CO2 is een kromme redenering. De temperatuur stijgt licht door het broeikaseffect van CO2, waardoor gemiddeld meer waterdamp opgenomen kan worden in de atmosfeer. Waterdamp is relatief het sterkste broeikasgas. Je krijgt in dit proces een sterke meekoppeling (versterking), waardoor de temperatuur uit de hand loopt. Hierbij wordt voorbij gegaan aan het feit dat meekoppeling, zover die bestaat, vrijwel ogenblikkelijk teniet wordt gedaan door negatieve terugkoppeling (terug naar een neutrale toestand). De ironie is, dat die negatieve terugkoppeling met name bestaat uit de invloed van water, waaronder neerslag, ijsvorming, wolken, en transport van energie naar grote hoogte in de atmosfeer (onweer).

De waterhuishouding is een van de belangrijkste sleutels in het begrijpen van energiebalans van de aardse atmosfeer.

Je zou de toename van CO2 door verbranding van fossiele brandstoffen een “externe” factor kunnen noemen, die de temperatuur van atmosfeer beïnvloedt. Andere externe factoren kunnen via natuurlijke wisselwerking de temperatuur beïnvloeden: zoals ijskappen, zeestromingen, wolken, en verandering in (magnetische) gedrag van zon. Desnoods andere menselijke activiteiten als bebouwing, ontbossing, of een sterke toename van windparken en (zwart gekleurde) zonneparken kunnen een factor zijn. Er is in wezen geen direct causaal verband tussen een eventueel aanwezig klimaatgevoeligheid en toename CO2, zonder de aanname, dat andere factoren verwaarloosbaar zijn. Klimaatgevoeligheid wordt niet ondersteund door duidelijke waarnemingen, en al zou het worden waargenomen, dan zegt het nog niets over de eenduidige relatie met alleen CO2.

Vaak wordt gesteld dat de invloed van klimaatgevoeligheid van CO2 duidelijk wordt, door de algemene circulatiemodellen door te rekenen, waarbij ook rekening gehouden wordt met sommige aspecten van de waterhuishouding zoals oceanen.

Klimaatmodellen

Klimaatmodellen lijden aan een groot manco: De schaal waarop gemodelleerd kan worden is vele malen groter dan noodzakelijk is op fysische gronden. De grid/sampling afstanden zijn op een schaal van vele kilometers. De algemene circulatiemodellen zijn in principe een numerieke benadering van de Navier Stokes (NS) vergelijkingen. De grote complexiteit van de vergelijkingen enerzijds, en de noodzakelijke verfijning van het numerieke model om fysisch relevant te zijn, botst met de beperkte reken– en het geheugencapaciteit van supercomputers.

De numerieke oplossing van de NS vergelijkingen zijn ook de basis voor weersvoorspellingen. Als de “pluim”van de voorspellingen getoond wordt tijdens de uitzendingen van de weersverwachting, ziet iedereen de toenemende onzekerheid van de voorspellingen. Dit wordt nog veel erger met klimaatmodellen, daar er alleen maar op een nog grovere schaal (middeling) gekeken kan worden, om geheugen en rekentijd in de hand te houden, maar ook, omdat andere factoren dan NS vergelijkingen meegenomen moet worden.

Christopher Essex heeft enige jaren geleden een voortreffelijke presentatie gegeven om deze numerieke problemen te duiden (YouTube presentatie [1]), met name de discrepantie tussen de relevante fysische schaal van een paar millimeter en de grove schaal van modellen. Zie ook deze studie van relevantie van klimaatmodellen [2].

Er zijn zelfs studies waar de nauwkeurigheid van de computeradressen (en daarmee hardware afhankelijk) een rol gaat spelen door de accumulatie van onnauwkeurigheden en numerieke afrondingen [3][4].

Vaak wordt door bloggers op deze site gesteld, dat de temperatuurverandering achter loopt bij de verwachte sterke stijging volgens de modellen. “De sterke temperatuurstijging die maar niet wil komen”. Dat is naar mijn mening een aanvechtbare uitspraak, daar de modellen niet betrouwbaar zijn om enige serieuze falsificatie op te baseren.

De resultaten van de modellen die de basis zijn van grote maatschappelijke beslissingen moeten we met een zware korrel zout nemen. De onbetrouwbaarheid van de uitkomsten van de modellen kunnen de financiële impact van de politieke beslissingen niet rechtvaardigen.

We weten het gewoon niet, en we zullen het ook nooit op deze manier te weten komen.

No physics without uncertainty, but with too much uncertainty no physics either.

 

Referenties en links

[1] (Essex) https://www.youtube.com/watch?v=19q1i-wAUpY&t=1821s

[2] A. Bakker, The robustness of the climate modelling paradigm, Proefschrift Vrije Universiteit Amsterdam (2015), 200 blz.

[3] Song-You Hong, Myung-Seo Koo,Jihyeon Jang, Jung-Eun Esther Kim, Hoon Park, Min-Su Joh, Ji-Hoon Kang, and Tae-Jin Oh Monthly Weather Review 2013 ; e-View, doi: http://dx.doi.org/10.1175/MWR-D-12-00352.1

[4] https://wattsupwiththat.com/2013/07/27/another-uncertainty-for-climate-models-different-results-on-different-computers-using-the-same-code/

Door |2018-05-17T17:39:14+00:0017 mei 2018|58 Reacties

58 Comments

  1. Henk dJ 20 mei 2018 om 10:53 - Antwoorden

    De statisticus George Box schreef in 1987: “all models are wrong, some are useful”.

    AGW-negationisten houden zich vast aan het eerste deel van die zin. Ze beweren graag dat het klimaatonderzoek “maar” modellen zijn, daarom niet correct, in hun ogen volledig fout en daarom volledig te negeren. Dat past dan mooi in hun blinde overtuigingen. Ze kunnen gewoon blijven denken dat er niets aan de hand is.

    Maar de AGW-negationisten negeren het tweede deel van die zin! Het klopt dat geen enkel model de waarheid volledig kan vatten. Daarom is het juist een model. Het is een vereenvoudiging (alhoewel klimaatmodellen nog steeds zeer ingewikkeld zijn!), maar met het pragmatische doel om een beeld te bekomen van de complexe werkelijkheid. Geen enkele klimaatwetenschapper zal beweren dan zijn model correct is. Geen enkele zal het als een “religie” beschouwen. Elk model zal een aantal fouten bevatten. De ene zal de temperatuur in de poolgebieden overschatten, de ander zal de bewolking in de tropen onderschatten, enz. Maar allemaal wijzen ze wel de grote lijnen aan: CO2 en GHG zijn ondubbelzinnig de oorzaak van klimaatopwarming. Die opwarming gaat (bij ongebreideld verder gebruik van fossiele brandstoffen en afhankelijk van welk model) van ernstig naar catastrofaal.

    De statisticus Steel heeft daar ook nog aan toegevoegd: “If I say that a map is wrong, it means that a building is misnamed, or the direction of a one-way street is mislabeled. I never expected my map to recreate all of physical reality, and I only feel ripped off if my map does not correctly answer the questions that it claims to answer. My maps of Philadelphia are useful. Moreover, except for a few that are out-of-date, they are not wrong.”

    Wees dus niet simplistisch. Negeer modellen niet. Erken zoals ieder weldenkend mens dat ze beperkingen hebben, maar aanvaard dat ze ook belangrijke voorspellingen kunnen maken.

    • Peter van Toorn 20 mei 2018 om 14:34 - Antwoorden

      Henk

      Alle natuurkundigen werken met modellen; fysici zullen deze nooit kunnen negeren, ze maken modellen.

      Zover ik me herinner was George Box onder andere bezig met analyse van tijdreeksen (regressie). Tijdreeksen worden gebruikt om de verandering van de temperatuur te beschrijven. Nu kan ik wel de nodige kanttekingen plaatsen bij de statische analyse en vooral bij het statisch berekenen van de temperatuurreeksen, maar dat was niet het onderwerp van mijn stuk. Niet alle modellen zijn overigens statistisch.

      Mijn kritiek slaat op de betrouwbaarheid van algemene circulatiemodellen. De kern van de modellen is het probleem om gekoppelde, niet-lineaire, partiële differentiaalvergelijkingen op te lossen (Navier Stokes). Dat is een heel andere tak van sport dan tijdreeksen, of statische data analyse.

      Niet alleen de techniek van eindige elementen, die gebruikt wordt ,kent zijn beperkingen door de benadering van de werkelijkheid, ook de accumulatie van computer afrondingsfouten, en vooral de grove benadering van de relevante fysische schaal (tientallen km’s, ipv enkele mm’s en tijdstappen van 30-60 minuten ipv seconden).

      Ik geef toe dat ik niet geloof in in klimaatgevoeligheid van CO2 van enig betekenis, en dat de veranderingen in het klimaat natuurlijke oorzaken hebben. Echter, de uitkomsten van circulatiemodellen zijn zo onbetrouwbaar, dat je niet kunt vaststellen of CO2 van belang is, of niet.

      • Ronald 20 mei 2018 om 15:38 - Antwoorden

        Peter,
        Het is zeker zo dat het niet-analytisch kunnen oplossen van de Navier Stokes (NS) vergelijkingen fouten met zich meebrengt, maar de conclusie die je hieruit trekt dat uitkomsten van circulatiemodellen om die reden onbetrouwbaar zouden zijn, is uiteraard veel te kort door de bocht.

        Modellen gebruikt voor weersververwachtingen zijn gebaseerd op NS vergelijkingen en hebben bewezen skill t.o.v. klimatologie en persistentie. Ook klimaatmodellen hebben bewezen skill en voldoen prima aan de waarnemingen, onder de voorwaarde dat die vergelijking op de juiste manier wordt gedaan (en daar gaat het meestal fout bij skeptici) (https://www.oneworld.nl/duurzaamheid/overschatten-klimaatmodellen-opwarming/). En dat het logisch is CO2 serieus te nemen, zie dit overzicht op klimaatverandering.wordpress.com/2018/03/28/de-relatie-tussen-co2-en-temperatuur/

    • Henk dJ 20 mei 2018 om 15:22 - Antwoorden

      Peter, je negeert de kern van het citaat: alhoewel modellen hun beperkingen hebben, kunnen ons ook veel leren.
      Je gebruikt als excuus dat Box in in een ander wiskundig domein werkte, en dat het probleem van een (wiskundige) oplossing voor Navier Stokes.Je verwijst naar beperkingen.

      Maar je negeert dat niettegenstaande zo’n beperkingen, we ook veel kunnen leren uit modelleringen. Maar dat komt je goed uit, want zo kun je vasthouden aan “[geloof ik niet] in klimaatgevoeligheid van CO2 van enig betekenis”. En zo kun je jezelf dan blijkbaar overtuigen dat je het beter weet dan zo goed als alle kimaatwetenschappers.

      • Peter van Toorn 20 mei 2018 om 15:42 - Antwoorden

        Henk
        De onbetrouwbaarheid van de modellering is zo groot, dat ik ervan leer, dat ik fysisch niets te weten bent gekomen. Het is maar de vraag wie hierbij “een geloof” aanhangt.

        • hen 21 mei 2018 om 08:49 - Antwoorden

          Peter, jij verkondigde zelf wat je geloofde…

Geef een reactie

Conform ons Privacybeleid maken wij gebruik van Cookies om onze website beter te laten werken. OK