Richard Lindzen.

Auteur: Richard Lindzen.

We beginnen met een korte beschrijving van het broeikaseffect als vaak gepresenteerd in populaire boeken over klimaatverandering (Emanuel 2018, Krauss 2021 bijvoorbeeld). Figuur 1 is het type afbeelding dat wordt gepresenteerd om de relevante energiebalans voor een planeet weer te geven.

Figuur 1: Stralingsbalans voor een hypothetische planeet.

Hoewel de planeet en de zon bolvormig zijn, vertegenwoordigen de getallen een soort gemiddelde, dat in feite is samengevoegd tot een eendimensionaal beeld. Dus de netto inkomende zonnestraling (invallend minder gereflecteerd) moet worden gecompenseerd door de  infraroodstraling dei de planeet uitzendt. Vanwege de hoge temperatuur van de zon, bevindt de straling ervan zich voornamelijk in het zichtbare deel van het spectrum. Door de veel lagere temperatuur van de aarde concentreert haar straling zich concentreren in het infrarood. Door de aanwezigheid van sterke infraroodabsorberende componenten in de aardatmosfeer (voornamelijk waterdamp en wolken, met kleine bijdragen van CO₂, ozon en nog meer kleinere bestanddelen), kunnen emissies niet ontsnappen aan de atmosfeer totdat men een niveau bereikt waarboven er is zo weinig absorptie dat de straling kan ontsnappen naar de ruimte. Dit niveau wordt het ‘karakteristieke emissieniveau’ genoemd. Het karakteristieke emissieniveau speelt een cruciale rol in de broeikaseffect. De balans wordt bereikt wanneer de temperatuur op het karakteristieke emissieniveau van 255 Kelvin (K) is

Om broeikasopwarming te verkrijgen, moet men nog een proces in beschouwing nemen, namelijk thermische convectie. Straling alleen leidt tot convectieve instabiliteit; het oppervlak wordt voldoende warmer dan de lucht erboven om tot convectie te leiden, die dringt diep de atmosfeer door. Convectie van een gas is afhankelijk van de zwaartekracht en leidt tot een temperatuurdaling bij een adiabatische vervalratio. Voor een droge atmosfeer wordt dit gegeven door g/cp (waarbij g de versnelling van de zwaartekracht is en cp de warmtecapaciteit van droge lucht bij constante druk; het resultaat is ongeveer 9,8 K/km). Voor een vochtige atmosfeer, waar condensatie gepaard gaat met koeling, is de situatie is complexer, maar het bijbehorende verloop is ongeveer 6,5 K/km. Een overzicht van stralings-convectieve evenwicht is te vinden in Goody en Yung (1989). Het toevoegen van een infrarood absorberend gas (d.w.z. een broeikasgas) verhoogt de karakteristiek emissieniveau en vanwege convectie is dit niveau kouder dan 255K. Om het evenwicht met de netto inkomende straling te herstellen, moet deze weer worden opgewarmd tot 255 K, waardoor de temperatuur van de hele atmosfeer onder dit niveau stijgt. Dit is de essentie van het zogenaamde broeikaseffect. Het wordt geïllustreerd in figuur 2.

Hoewel het effect gewoonlijk wordt toegeschreven aan Arrhenius en zelfs aan Fourier, is dit onnauwkeurig. Die eerdere wetenschappers erkenden dat bepaalde gassen thermische straling absorberen, maar ze begrepen de rol van convectie niet.

De eendimensionale benadering geeft wel enig inzicht in de grote verschillen tussen de verschillende planeten in ons zonnestelsel, en het moet worden opgemerkt dat bijna alle huidige discussies over de opwarming van de aarde gebaseerd zijn op een eendimensionale benadering, grotendeels vanwege de eenvoud ervan. Zoals we echter zullen zien, is het fundamenteel ontoereikend om de complexe driedimensionale aard van de aarde te beschrijven.

Kort gezegd, men begint met een atmosfeer die een pre-industriële waarde heeft voor CO₂, en vraagt ​​hoeveel opwarming gepaard gaat met een verdubbeling van die concentratie. Het blijkt dat de opwarming logaritmisch is in CO₂ (omdat de absorptiebanden van CO₂ bijna verzadigd zijn, en absorptie wordt geassocieerd met lijnvleugels), zodat elke verdubbeling gepaard gaat met dezelfde opwarming. De bijdrage is ongeveer 3,5 W/m2, of in de orde van 2% van de normale flux, en leidt tot een opwarming van ongeveer 1°C.

Dit resultaat wordt niet als controversieel beschouwd. Normaal gesproken zou je 2% als klein kunnen beschouwen, omdat gewone fluctuaties – in cirrus op het hoogste niveau, wolken op laag niveau, oceaanstromingen, enzovoort – routinematig dit niveau van variabiliteit in het stralingsbudget produceren. Met andere woorden, in overeenstemming met Le Chateliers Principe, is het klimaatsysteem ruimschoots in staat om dergelijke forcering tegen te gaan. Hoewel de grove ontoereikendheid van ons begrip van wolken en andere factoren openlijk wordt erkend door het IPCC, zijn de zorgen over de wereldwijde opwarming gebaseerd op wat in wezen de veronderstelling is dat variaties in waterdamp, wolken, enzovoort de impact van CO₂ versterken in plaats van tegenwerken; met andere woorden, er wordt aangenomen dat ze eerder positieve dan negatieve feedbacks hebben. De meeste sceptici (inclusief ikzelf) hebben zich gericht op de onjuistheid van deze veronderstellingen, in plaats van op het broeikaseffect zelf.

Zoals we zojuist hebben gezien, is de focus op de eendimensionale weergave begrijpelijk. Het is vooral aantrekkelijk voor natuurkundigen en astrofysici, omdat het een minimum aan details bevat, terwijl ze het gevoel krijgen dat ze het onderwerp onder de knie hebben. Mijn punt hier is om eenvoudig op te merken dat deze individuen vaak diep vertrouwd zijn met stralingsoverdracht, maar niet met fluid dynamics. Het werd ook serieus genomen door velen van ons die beter hadden moeten weten.

De reden hiervoor was dat zelfs deze grove benadering zeer twijfelachtige eigenschappen voor terugkoppelingen vereiste en onvoldoende nauwkeurige berekeningen van stralingsoverdracht met zich meebracht. Kortom, zelfs deze te vereenvoudigde benadering vraagt om een ​​betere beoordeling.

Hoewel de bovenstaande uitleg de conventionele verklaring van het broeikaseffect is, verwijzen de meeste projecties naar grootschalige modellen van de atmosfeer die bekend staan ​​als GCM’s. De oorspronkelijke uitbreiding van deze afkorting was ‘algemeen circulatiemodel’.

Ze lijken echter in toenemende mate ‘globale klimaatmodellen’ te worden genoemd. Deze modellen bevatten veel van de complexiteit van de echte atmosfeer, maar ze kunnen niet de ruimtelijke resolutie bieden om processen zoals verticale convectie (dat wil zeggen cumulonimbustorens), wolken in het algemeen en turbulentie aan te kunnen, waardoor twijfelachtige parametriseringen nodig zijn. Ze maken het echter mogelijk om willekeurige terugkoppelingen op te nemen, waardoor modellen een grote verscheidenheid aan resultaten kunnen produceren. Desalniettemin voorspellen zelfs deze modellen geen catastrofale veranderingen als gevolg van toenemende CO₂. Bovendien beschrijven ze zelfs het huidige klimaat niet adequaat (Boyle, 2006).

Ze presteren vooral slecht in het weergeven van de natuurlijke interne variabiliteit van de atmosfeer en de oceanen, en bijna allemaal slagen ze er niet in om correct te anticiperen op veranderingen in de veelgebruikte maatstaf voor de mondiale temperatuur. Ook simuleren ze het klimaat uit het verleden niet adequaat. Dit is openlijk erkend door enkele van de modelbouwers die het verhaal over de opwarming van de aarde het meest hebben gesteund (Hausfather et al. 2022).

Vrijwel alle kritiek op het probleem van de opwarming van de aarde was gericht op de feedback en de tekortkomingen van de modellen.

***

Bron GWPF en verder lezen hier.

***

Gerelateerd: