Mijn kijk op de invloed van CO2 op het klimaat

Zoals de Fransen zeggen: ‘Du choc des opinions jaillit la vérité!’ Een gastbijdrage van Guido van der Werf (VU Amsterdam).

Onlangs stond een gelijknamig blogbericht op het vorige blog van Hans Labohm, waarin emeritus hoogleraar Dick Thoenes zijn mening gaf over de invloed van CO2 op het klimaat. Ik had kritiek op het stuk en Hans Labohm was zo sportief om me de ruimte te geven om mijn kijk hierop in een gastblog weer te geven. Respect en hartelijk dank daarvoor!

Om het overzichtelijk en constructief te houden probeer ik mijn kritiek in drie onderwerpen te bundelen: 1) samenhang tussen temperatuur, CO2, en de zon, 2) samenhang tussen CO2 en temperatuur in het verre verleden, en 3) klimaatgevoeligheid. Een langere lijst met meer puntsgewijze kritiek volgt in de bijlage.

1) Samenhang tussen temperatuur en factoren die deze kunnen beïnvloeden. Volgens Dick Thoenes is in de atmosfeer, ondanks aanzienlijke verhoging van het CO2–gehalte in de 20e eeuw, geen duidelijke temperatuurstijging opgetreden. De gemiddelde stijging sinds 1940 zou ongeveer 0,2°C zijn met ups en downs. De CO2–concentratie is echter de hele tijd voortdurend toegenomen. Hieruit wordt de conclusie getrokken dat “als metingen niet overeenstemmen met wat de theorie voorspelt, vind ik dat de theorie fout is.”

Ik heb een aantal grafiekjes gemaakt van de temperatuur, de zon, en CO2 en dan krijg ik een ander beeld. Ten eerste is de temperatuurstijging sinds 1940 fors hoger (ongeveer 0.6 graden), zie grafiek a. Ten tweede is de samenhang tussen CO2 en temperatuur hoog, zie b en d. Deze wordt overigens nog hoger als je ook andere menselijke forceringen zoals aerosolen meeneemt.

Aangezien CO2 volgens Thoenes geen betekenisvolle invloed heeft wordt de zon van stal gehaald om de opwarming te verklaren, of in ieder geval die suggestie te wekken. Helaas voor de zonne–aanhangers is de correlatie tussen zowel zonnestraling als zonnevlekken en temperatuur fors lager dan tussen CO2 en temperatuur, zie c. Dit komt met name omdat de zon sinds ongeveer 1950 constant bleef dan wel in kracht afnam, zeker de laatste decennia, terwijl de temperatuur toenam.

Betekent dit dat de zon geen rol heeft en CO2 alles verklaard? Nee, zeker niet, er zijn vele factoren van invloed zoals Thoenes zelf ook aangeeft. Een toegankelijk manier om een idee te krijgen van de relatieve invloed van die factoren is een zogenaamde multiple linear regression exercitie toe te passen. Eigenlijk plaatjes c en d combineren maar dan wat beter onderbouwd. In een recente publicatie van me waarin we voortbouwden op werk van sceptici keken we naar de invloed van de zon, menselijke forceringen waaronder CO2, El Nino en La Nina, vulkanen, en de Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) en konden we meer dan 90% van het temperatuurverloop verklaren.

Dit is voor iedereen die met Excel kan omgaan na te rekenen. De geijkte kritiek hierbij is vaak dat correlatie nog geen causaliteit impliceert. Dit klopt uiteraard, maar tegelijk moet je aantekenen dat zonder correlatie (zoals met de zon en de temperatuur de laatste 50 jaar) causaliteit bijzonder onaannemelijk is. Daarnaast zijn de uitkomsten van deze exercities zoals je ze verwacht op basis van fysica met vulkanen die zorgen voor afkoeling, een meer actieve zon of meer CO2 voor opwarming, etc.

Ik ben het overigens helemaal met Thoenes eens dat de gemiddelde temperatuur van de aarde moeilijk te meten is. Echter, veranderingen in de temperatuur zoals in grafiek a zijn veel minder onzeker en meer homogeen over de aarde.

2) Relaties tussen CO2 en temperatuur in het verleden.  In zijn betoog schrijft Thoenes hierover dat “Oorspronkelijk dachten we dat er een verband zou moeten zijn tussen het CO2 –gehalte van de atmosfeer en de gemiddelde temperatuur. Dit is alleen aangetoond voor perioden in de geologische geschiedenis, in de laatste paar honderdduizend jaar. Maar uit geologisch onderzoek blijkt dat de temperatuurstijgingen altijd vooraf gingen aan de stijgingen van het CO2–gehalte (die dus het gevolg moesten zijn van ontgassing van de oceanen). Er zijn geen aanwijzingen dat CO2 verdere significante temperatuurstijging kan veroorzaken (meer dan een paar tienden van een graad).

Hierboven geef ik al aan dat er een goed verband is tussen CO2 en temperatuur de laatste 100 jaar. Maar hoe zit het nu met die ijstijden? Tartte CO2 toen de wetten der natuurkunde? Thoenes geeft terecht aan dat tijdens de afwisselingen tussen ijstijden en tussenijstijden eerst de temperatuur veranderde, daarna pas de CO2-concentratie. Dit weten we uit boringen in het ijs op Groenland en Antarctica. CO2 kan dus niet de aanleiding zijn geweest. Maar als je wat verder nadenkt zie je ook wel in dat dit geen argument tegen het broeikaseffect van CO2 is. Sterker nog, het is moeilijk om de temperatuurschommelingen en de mondiale omvang van ijstijden te verklaren zonder het versterkende effect van CO2: eerst verandert de temperatuur, die heeft invloed op de CO2 concentratie, en die versterkt de initiële temperatuursverandering. Als je dit niet slikt denk dan hier over na: als de stand van de aarde ten opzichte van de zon de enige factor zou zijn in het ijstijden verhaal dan zou het in het zuidelijk halfrond tijdens een ijstijd warm moeten zijn, niets is minder waar.

Ook verder in de geologische geschiedenis is er in het algemeen een correlatie tussen broeikasgassen en temperatuur. En uiteraard zijn er warme periodes geweest waarin de CO2 concentratie laag was, en koude periodes waarin de CO2–concentraties hoog was. Als CO2 de enige factor in het klimaatsysteem was zou dit de rol ervan ontkrachten, maar we weten uiteraard beter en dit is dan ook geen argument tegen het broeikaseffect zoals Thoenes ons wil doen geloven.

3) Klimaatgevoeligheid. Dit is misschien wel de belangrijkste parameter in het hele debat. Klimaatgevoeligheid wordt gedefinieerd als de opwarming die bij een verdubbeling van CO2 hoort. De mate van opwarming door alleen CO2 is onomstreden want gebaseerd op natuurkunde, die is ongeveer 1 graad voor iedere CO2–verdubbeling. Die opwarming kan dan versterkt of verzwakt worden door zogenaamde terugkoppelingen (feedbacks). Versterkende factoren zijn o.a. het smelten van ijs waardoor er minder zonnestraling wordt teruggekaatst en een toename van waterdamp in de atmosfeer, het belangrijkste broeikasgas. Een daarmee samenhangende verandering in het wolkendek met mogelijk meer weerkaatsing van zonlicht zou verzwakkend kunnen werken.

Wat klimaatgevoeligheid betreft zitten klimaatmodellen rond de drie graden. Recente schattingen op basis van observaties zitten rond de anderhalve graad en zijn dus fors lager. Deze schattingen komen gedeeltelijk van meer sceptisch ingestelde wetenschappers zoals Roy Spencer en Nic Lewis. Schattingen op basis van paleo–data zoals bijvoorbeeld de ijstijden zitten rond de drie graden, maar de onzekerheid daarin is erg groot.

Als we weer zelf naar de data kijken komen we rond de 2 graden uit: dit is 3.7 keer de helling tussen CO2 en temperatuur (want dat is klimaatgevoeligheid), zie figuur d. Die 3.7 komt van de forcering van een verdubbeling van CO2. Uiteraard, dit is heel simpel en er zijn wel wat complicaties, maar dit is in essentie wel waar de waardes van de “observation-based” schattingen vandaan komen waar mensen als Matt Ridley hoog over spreken en die ook op dit blog de handen op elkaar krijgt. In de studie die ik eerder aanhaalde kwamen we op 1.6 uit, hier zit ook de invloed van de AMO–oceaanstroming in verwerkt die waarschijnlijk een deel van de opwarming tussen 1970 en 2000 kon verklaren.

Korte samenvatting: als alles meezit (lees: als de publicerende sceptici gelijk krijgen) en de laagste waardes voor klimaatgevoeligheid blijken de juiste te zijn, dan komen we zonder mitigatie toch nog boven de 2 graden uit. Dit is omdat je de waardes voor klimaatgevoeligheid nog moet vermenigvuldigen met het aantal “CO2 verdubbelingen”, en dat is ongeveer 2 verdubbelingen rond 2100 met ongewijzigd beleid, zie een eerder gastblog op Marcel Crok’s blog. Uiteraard kunnen natuurlijke factoren die opwarming verzwakken of versterken, zeker op tijdschalen van jaren en decennia, net zoals ze dat over de laatste eeuw hebben gedaan.

Met andere woorden, op basis van de wetenschappelijke literatuur is het duidelijk dat wij het klimaat veranderen en dat we hoogstwaarschijnlijk minimaal 2 graden opwarming krijgen in 2100 bij ongewijzigd beleid. Daar verandert het hiaat, de dubieuze statistiek van de hockeystick, de kosten van adaptatie, etc. niks aan. Over of klimaatgevoeligheid nu 1,5 of 3 graden is kan je discussiëren, hetzelfde wat betreft voor en nadelen van mitigatie versus adaptatie, zeker omdat daar ook waarde–oordelen een rol spelen.

Maar op het moment dat je de rol van de mens op het klimaat afdoet als onbetekenend zet je je buiten de wetenschappelijke waarheid en daar wordt uiteindelijk niemand beter van.

Guido van der Werf

Aldus Guido van der Werf.

Een langere lijst met meer puntsgewijze kritiek is hier te vinden.

Voor mijn eerdere bijdragen over klimaat en aanverwante zaken zie hier, hier, hier, hier en hier.