Een bijdrage van Hugo Matthijssen.

Anthony Watts schonk onlangs op zijn blog aandacht aan een onderzoek naar de betrouwbaarheid van klimaatmodellen.

Voor de details wordt verwezen naar voorgaande link.

Het betrokken onderzoeksteam heeft een internationaal onderzoek opgezet om het relatieve belang te beoordelen dat klimaatwetenschappers hechten aan variabelen bij de evaluatie van de mogelijkheden van een klimaatmodel om het klimaat van de aarde te simuleren.

Klimaatexperts evalueren verschillende criteria om tot een oordeel over de betrouwbaarheid van het model te komen. Dat betekent dat onderzoekers een individuele afweging maken van het belang van de verschillende aspecten waaruit het model is opgebouwd, afhankelijk van de vraagstelling van het onderzoek.

Ook wordt veel aandacht besteed aan het kalibreren van de parameters in het desbetreffende model om uiteindelijk een werkbare uitkomst te krijgen bij het simuleren van het eerder waargenomen klimaat.

Vaak wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van aerosolen om te finetunen en het verleden te simuleren.

De vraag is alleen in hoeverre na deze tuning ook de toekomst binnen zekere grenzen kan voorspellen.

Ook wordt aangegeven dat er onvoldoende onderzoeksresultaten zijn van de werking van variabelen zoals wolkenbedekking of zeeijs bij de beoordeling van klimaatmodellen

Herman Russchenberg is als onderzoeker bij de TH Delft al jaren actief en zoekt verklaringen voor klimaatverandering. In zijn eigen research naar de rol van wolken en stofdeeltjes in de atmosfeer. En als hoofd van het TU Delft ‘Climate Institute’ dat sinds maart 2012 onderzoekers in alle aspecten van klimaat(-verandering) binnen de TU Delft samenbrengt. Begonnen bij de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EWI) met onderzoek naar de invloed van de atmosfeer (regen, wolken) op satellietsignalen, verlegde hij na zijn promotie in 1992 de aandacht naar de fysica van waterdamp, waterdruppels, stofdeeltjes, zonlicht, straling en emissies in de atmosfeer. Hij is nu verbonden aan de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen (CiTG).

Volgens Russchenberg is er veel te weinig bekend over de cruciale rol van wolken in het proces van klimaatverandering. Wolken weerkaatsen zonlicht aan de bovenkant en houden warmte vast aan de onderkant. Over die stralingsinteractie – zonnestraling naar de aarde en uitstraling van warmte – is nog onvoldoende bekend meent de hoogleraar. Zo ook over de functie van stofdeeltjes, aerosolen, in de lucht. Hoe beïnvloeden stofdeeltjes de vorming van waterdruppels in wolken waardoor het wellicht sneller gaat regenen? En hoe draagt toenemende industrialisatie bij tot meer stof in de lucht, meer uitstoot van chemische vervuiling of broeikasgassen? Zorgt een stijgende temperatuur voor meer of minder bewolking en lijdt dat tot meer of meer opwarming? Zie verder hier.

Hieruit blijkt al heel duidelijk dat het belangrijkste aspect in de waterhuishouding van de wereld en de motor achter vrijwel alle processen in de atmosfeer nog onvoldoende begrepen wordt. Juist die processen kunnen sterk van invloed zijn op de temperatuurhuishouding samen met warme en koude massa’s zoals poolijs en tropische oceanen.

Een goed voorbeeld is dit persbericht over opwarming die er volgens de theorie moest zijn maar in de praktijk niet werd gemeten van het KNMI uit 2011.

Een stukje uit de tekst:

De bovenlaag van de oceaan is tegen de verwachtingen in sinds 2003 niet meer warmer geworden ondanks de toename van broeikasgassen in de lucht. Een KNMI-studie toont aan dat de bovenste oceaanlaag koel is gebleven door natuurlijke variaties in het klimaat. Een deel van de warmtestraling is hierdoor teruggekaatst naar de ruimte en een deel van de warmte is in de diepere lagen van de oceaan opgeslagen.

De oceaantemperatuur is 0,02 graden Celsius minder gestegen dan verwacht. Een fractie van een graad maar omgerekend is dit een grote hoeveelheid warmte. Als hiermee de lucht zou zijn opgewarmd, dan zou het de afgelopen acht jaar 5 graden warmer zijn geworden. Dat is niet gebeurd. Ook een warmere bodem of meer afsmelten van land- en zeeijs dan verwacht, is uitgebleven. Hoe komt het dat de bovenlaag van de oceaan acht jaar lang niet warmer is geworden, ondanks de toename van broeikasgassen?

Vervolgens zou je op grond van deze metingen kunnen concluderen dat de opwarming is gestopt. Maar de onderzoekers van het KNMI gaan er van uit dat de warmte er moet zijn en verdwenen is.

De volgende stap is een modelberekening waaruit blijkt dat er extra uitstraling was naar de ruimte en er ook een deel in de diepere lagen van de oceanen is verdwenen. En dat is een oneigenlijk gebruik van een klimaatmodel.

Voor hun onderzoek ‘Op zoek naar de ‘verdwenen warmte’ in de bovenlaag van de oceaan’ hebben KNMI-klimaatwetenschappers Caroline Katsman en Geert Jan van Oldenborgh gebruik gemaakt van berekeningen met een state-of-the-art klimaatmodel in het ESSENCE-project. De beschikbare tijdreeksen van de temperatuurmetingen van de oceanen zijn namelijk te kort en de gegevens te onzeker.

Een model is een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid in bovenstaand bericht wordt op grond van de opwarmingstheorie er van uitgegaan dat, ook als het niet warmer wordt, de energie er moet zijn.

Nu is uitstraling van de aarde door El Niño wel te verklaren, maar dat is niet extra maar een regelmatig terugkerend fenomeen. Wel is hiermee duidelijk dat uitstraling buiten het stralingsmodel om zonder meer mogelijk is.

En nu de belangrijkst de werking van waterdamp. Om dat goed in beeld te krijgen, kijken we eens naar El Niño. Bij het begin van El Niño ontstaat er een hot spot in de oceaan, waar lucht wordt opgewarmd en gaat stijgen. En na het bereiken van de wolkenbasis zal de lucht in de wolk door condensatie sneller stijgen dan de omringende droge lucht. Er ontstaat lokaal een lagedrukgebied waardoor lucht over zee naar de warme plaats toestroomt, de koude lucht stroomt onderweg over warmer water en warmt ook op, zodat door deze lucht ook veel waterdamp wordt meegenomen. (Warme lucht kan veel meer waterdamp opnemen dan koude lucht).

Komt deze vochtige lucht vervolgens aan bij de hot spot dan zien we dat deze niets anders kan dan stijgen. Tijdens die stijging koelt de lucht af en waterdamp condenseert waarbij warmte wordt afgegeven aan de omringende lucht. Daardoor ontstaan lokaal hevige regen en blijft de warmte in de buurt van de tropopauze achter, zodat extra uitstraling kan plaatsvinden.

Het zal duidelijk zijn dat de theorie van de versterkende werking van waterdamp uitgaande van het stralingsmodel wel werkt, maar aan de andere kant is met name waterdamp na condensatie tot wolken verantwoordelijk voor terugstraling van warmte naar de ruimte en zorgt het proces van adiabatische afkoeling voor extra warmteproductie binnen de wolken. Zie verder hier.

Terug naar het onderzoek. Het toetsen aan historische klimaatgegevens is een belangrijke stap om de betrouwbaarheid van klimaatmodellen aan te tonen. Dat is gebaseerd op het eigen oordeel van de individuele wetenschapper over welke aspecten en de wisselwerking tussen die aspecten bruikbaar zijn. Er is echter weinig bekend over de mate van consensus in deze evaluaties en de wisselwerking tussen de verschillende aspecten.

Guus Berkhout.

Van Guus Berkhout kreeg ik via de e-mail deze info:

Zoals je wellicht weet, wordt het wetenschappelijk programma in mijn groep gefinancierd door een consortium van een dertigtal geofysische bedrijven (we kijken niet naar de noden van één bedrijf, maar naar de knelpunten en kansen van een hele bedrijfstak). Onze onderzoeksresultaten worden in de vorm van algoritmen aan deze bedrijven geleverd. Omdat er grote financiële belangen voor de gebruikers aan vastzitten, hebben wij speciale testmethoden ontwikkeld om concepten en software door en door te testen. En vooral ook onverwachte onderzoeksresultaten te begrijpen voordat we ze doorgeven! Dat is het grote voordeel om samen te werken met het bedrijfsleven. Je wordt gedwongen ook consciëntieus te zijn bij de uitvoering.

Ik ben van mijn stoel gevallen na het zien van hoe slordig IPCC klimaatwetenschappers met data en algoritmen omgaan. Daar zouden wij nooit, en dan ook nooit, mee wegkomen. Onbegrijpelijk dat veel van de ruzies en conflicten (tot in de rechtszaal) gaan over het leveren van de onderliggende metingen en het beschikbaar stellen van de software waarmee de resultaten zijn gemaakt. Vooral in de wetenschap moet openheid toch de fundamentele basis zijn. Resultaten moeten verifieerbaar zijn! Dat is het grote probleem bij het IPCC.

Kortom, vanuit mijn ervaring deel ik de zorg dat resultaten in de klimaatwetenschappen ook zullen lijden onder software fouten. Hoe complexer de programma’s des te groter de kans dat het voorkomt. Ik zal niet verbaasd staan als blijkt dat het wemelt van dit soort fouten in de complexe GCMs. Wie kijkt daar naar? Eigenlijk een heel rare situatie omdat de GCM resultaten leidend zijn bij het investeren van heel, heel veel publieke middelen.

Mvg, Guus

Terug naar het onderzoek. Verschillende onderzoekers komen op grond van hun eigen ervaring tot verschillende beoordelingen over hoe bruikbaar een bepaald model is, afhankelijk van de mate aan welke aspecten zij het meeste belang hechten.

Er is geen enkele volledig objectiveerbare definitie van wat een “goed” klimaatmodel maakt en dit feit is een belemmering voor het ontwikkelen van een meer systematische benadering.

En het IPCC die gaat nog steeds uit van een grote variatie wat de klimaatgevoeligheid betreft en maakt voorspellingen op basis van gemiddelden uit de resultaten van grote aantallen klimaatonderzoeken. Hoe betrouwbaar is deze werkwijze vraag je je als leek dan af.

Laten we eens een stap terug doen en kijken naar de betrouwbaarheid van weermodellen om voor langere termijn (14 dagen) juiste voorspellingen te doen. Zie hier.

Wat valt ons allemaal op?

  • Tot 3 dagen vooruit (blauw) is de betrouwbaarheid van ECMWF met 98% zeer hoog te noemen;
  • Als je kijkt naar verwachtingen tot 5 dagen (rood) scoort ECMWF 92%, nog steeds een hoge betrouwbaarheid;
  • Kijken we echter 7 dagen vooruit (groen), dan zien we ineens een substantiële daling naar 75%. Tussen 5 en 7 dagen zit dus een groot verschil;
  • Gaan we nog verder in de tijd, 10 dagen (geel) vooruit, dan bedraagt de gemiddelde betrouwbaarheid nog maar 45%.

Uit bovenstaande grafiek kunnen we dus concluderen dat een weersverwachting van ECMWF gemiddeld genomen tot 5 dagen vooruit (redelijk) betrouwbaar is. Na de vijfde dag van de verwachtingstermijn zien we ineens een flinke afname van de betrouwbaarheid.

Het is geen toeval dat de meeste weerberichten aan het einde van journaals dan ook maar 5 dagen vooruitkijken. De betrouwbaarheidspercentages van GFS (het andere ‘grote’ weermodel) zijn achterwege gelaten, maar zullen vermoedelijk niet heel veel verschillen met die van ECMWF.”

Toch zijn weermodellen al lang in gebruik en alle modellen kunnen de komende 2 dagen redelijk voorspellen maar daarna wordt het moeilijk.

Kijk met dat in het achterhoofd nog eens terug naar de wijze waarop met voorspellingen op basis van klimaatmodellen wordt omgegaan.

Print Friendly, PDF & Email