De opwarming is in essentie veroorzaakt door verandering van de wolkenDoor: Fritz Vahrenholt en Hans-Rolf Dübal.

Vertaling: Martien de Wit.

Hans-Rolf Dübal en Fritz Vahrenholt hebben de stralingsbalans van de aarde gedurende de afgelopen 20 jaar onderzocht in een ‘peer reviewed‘ publicatie in ‘Atmosphere‘. De netto stralingsflux, d.w.z. het verschil tussen de zonnestraling en de lange- en kortgolvige straling, bepaalt de verandering in de energie-inhoud van het klimaatsysteem. Is deze positief, dan warmt de aarde op; is zij negatief, dan betekent dit afkoeling.

Het door de NASA geleide CERES-project op basis van satellieten levert nu al twee decennia lang dergelijke stralingsgegevens, alsmede gegevens over de ontwikkeling van de bewolking in temporele en ruimtelijke resolutie. Deze gegevens worden zowel bepaald ten opzichte van een hoogte van ongeveer 20 km (TOA = Top of Atmosphere), alsook ten opzichte van het aardoppervlak.

De publicatie van deze week “Radiative Energy Flux variation from 2001 – 2020” (https://www.mdpi.com/2073-4433/12/10/1297; Dübal, H.-R.; Vahrenholt, F. Radiative Energy Flux Variation from 2001-2020. Atmosphere 2021, 12, 1297. https://doi.org/10.3390/ atmos12101297) heeft een voor de klimaatwetenschap verrassend resultaat aan het licht gebracht: de opwarming van de aarde in de afgelopen 20 jaar is hoofdzakelijk te wijten aan een grotere doorlaatbaarheid van wolken voor kortgolvige zonnestraling. De kortgolvige straling is in deze periode sterk afgenomen (zie onderstaande figuur), even sterk op het noordelijk als op het zuidelijk halfrond (NH en SH). Aangezien de zonnestraling vrijwel constant is gebleven, betekent dit dat meer kortgolvige straling het aardoppervlak heeft bereikt, hetgeen bijdraagt tot de opwarming. De langegolf-terugstraling (het zogenaamde broeikaseffect) droeg slechts in mindere mate bij tot de opwarming. Het werd zelfs grotendeels gecompenseerd door de eveneens toenemende doorlaatbaarheid van de wolken voor langgolvige straling die van de aarde afkomstig is. De auteurs komen tot deze heldere conclusie na evaluatie van de CERES-stralingsgegevens.

De opwarming is in essentie veroorzaakt door verandering van de wolken

NASA-onderzoekers rond Norman Loeb (https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL093047) en ook de Finse onderzoeker Antero Ollila (https://www.journalpsij.com/index.php/PSIJ/article/view/30174) hadden er onlangs al op gewezen dat de kortgolvige zonnestraling van 2005 tot 2019 is toegenomen als gevolg van de afname van lage bewolking. Dübal en Vahrenholt onderzochten nu de TOA- en de stralingsfluxen op grondniveau voor de hele periode en relateerden die aan de veranderingen in de bewolking. De netto energietoevoer was positief over de gehele periode en nam toe van 0,6 W/m² tot 0,75 W/m² van 2001 tot 2020. Het 20-jarig gemiddelde bedroeg 0,8 W/m². De bruggrafiek toont de drijvende krachten achter deze verandering en deze liggen duidelijk op het gebied van de kortgolvige straling in de bewolkte gebieden, die ongeveer 2/3 van het aardoppervlak uitmaken (SW Cloudy Area, +1,27 W/m²).

De opwarming is in essentie veroorzaakt door verandering van de wolken

Dit staat in schril contrast met de aanname van het IPCC in zijn meest recente rapport dat de opwarming door de toename van de langgolvige terugkaatsing uitsluitend te wijten is aan het antropogene broeikaseffect. Het IPCC schrijft 100% van de opwarming toe aan dit effect en rechtvaardigt dit met modelberekeningen. Uit de analyse van de gemeten gegevens door Dübal en Vahrenholt blijkt echter dat de opwarming als gevolg van de afname van de kortgolvige straling met 1,4 W/m² en de toename van de langgolvige straling met – 1,1 W/m² voornamelijk is toe te schrijven aan het bewolkingseffect.

De auteurs hebben ook gekeken naar het effect van deze stralingsovermaat op de warmte-inhoud van het klimaatsysteem voor een langere periode sinds 1750, waarbij ‘enthalpie‘ staat voor de som van warmte, arbeid en de latente warmte, d.w.z. warmte van de verdamping van water, warmte van het smelten van ijs, energetische verandering van de biosfeer (plantengroei), enz. Aangezien ongeveer 90% van deze enthalpie als warmte in de oceanen achterblijft, kunnen conclusies over de enthalpie-ontwikkeling ook worden getrokken door te kijken naar de warmte-inhoud van de oceanen (OHC) op lange termijn. Er is een goede overeenkomst gevonden tussen deze twee onafhankelijke gegevensreeksen voor de periode 2001-2020, en de bestaande OHC-gegevens zijn geëvalueerd voor eerdere, langere perioden om een totaalbeeld te krijgen. Hieruit blijkt dat de opwarming sinds 1750 niet continu is geweest, maar zich heeft voorgedaan in opwarmingsperioden, aangeduid als A, B en C, waarin telkens gedurende 20-30 jaar een hoge netto stralingsflux (0,7 tot 0,8 W/m²) optrad, afgewisseld met mildere fasen.

Het begin van deze opwarmingsperioden viel samen met de verandering van het teken van een andere bekende natuurlijke klimaatfactor, de AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation). De cruciale vraag of aan de huidige verwarmingsfase C spoedig een einde zal komen, zoals in de gevallen A en B, dan wel of zij zal aanhouden, kan alleen worden beantwoord op basis van langere waarnemingen en moet derhalve open blijven.

De opwarming van de laatste 20 jaar is in essentie veroorzaakt door verandering van de wolken de stralingsbalans van de aarde

Om het begin van fase C rond het jaar 2000 te onderzoeken, werden andere gegevensreeksen gebruikt, met name de bewolkingsmetingen van EUMETSAT, een Europees satellietproject. Hieruit blijkt dat het begin van fase C gepaard gaat met een afname van de bewolking, die samenvalt met de bovenvermelde verandering van het teken van de AMO. Uit de stralingsmetingen kan worden afgeleid dat 2% minder bewolking ongeveer 0,5 W/m² meer netto stralingsflux betekent, hetgeen het grootste deel van de hierboven genoemde 0,8 W/m² zou kunnen verklaren.

De opwarming van de laatste 20 jaar is in essentie veroorzaakt door verandering van de wolken de stralingsbalans van de aarde

De opwarming van de laatste 20 jaar is in essentie veroorzaakt door verandering van de wolken de stralingsbalans van de aarde

Fritz Vahrenholt.

Dit wordt ook bevestigd door de analyse van de stralingsbalans nabij het aardoppervlak. Hier wordt een toename van het broeikaseffect geconstateerd, die goed correleert met de toename van de broeikasgassen waterdamp en CO2, maar alleen voor de onbewolkte gebieden (clear sky). Deze correlatie geldt echter niet voor de met wolken bedekte gebieden, die ongeveer 2/3 van de aarde uitmaken.

Interessant is de verklaring over het broeikaseffect. Hans-Rolf Dübal: “We konden het versterkte broeikaseffect van de som van alle broeikasgassen (waterdamp, CO2 enz.) onder ‘clear sky‘-omstandigheden aantonen met 1,2 W/m² toename in de laatste 20 jaar. Deze toename wordt echter op een gebiedsgewogen basis overgecompenseerd door de toename van de langgolvige straling in de bewolkte zones (Cloudy Areas) ter waarde van -1,48 W/m².”

De opwarming van de laatste 20 jaar is in essentie veroorzaakt door verandering van de wolken de stralingsbalans van de aarde

Hans-Rolf Dübal.

De tijdspanne van 20 jaar is nog te kort om definitief te kunnen uitmaken of de huidige opwarmingsfase een tijdelijke dan wel een permanente ontwikkeling is. In het eerste geval zullen de klimaatvoorspellingen fundamenteel moeten worden herzien. Het fysische mechanisme dat tot het dunner worden van de bewolking heeft geleid, wordt in de literatuur verschillend besproken.

Vahrenholt: “De wolkenveranderingen kunnen worden veroorzaakt door een afname van aërosolen, door opwarming van de atmosfeer door natuurlijke oorzaken (b.v. de AMO of de PDO), door antropogene opwarming door CO2, of door een combinatie van deze afzonderlijke factoren. Eén ding kan echter nu al worden gezegd: de opwarming van de laatste 20 jaar is meer veroorzaakt door veranderingen in de bewolking dan door het klassieke broeikaseffect.”

***