Op zoek naar eenvoud in de klimaatcomplexiteit

Arthur Rörsch.

Postuum opgedragen aan Arthur Rörsch

Een bijdrage van André Bijkerk.

‘Op zoek naar eenvoud in de klimaatcomplexiteit.’  Zo ongeveer gaat het boek van Arthur Rörsch en Roy Clark heten: Op zoek naar eenvoud in de klimaatcomplexiteit. Het zal nog even duren, maar het proces gaat door. Het centrale thema hierin is de complexiteit van de dagelijkse energiestromen op bepaalde locaties.

Arthur legde dat hier en hier nader uit. Over de zon die kortegolf (licht) energie instraalt, omgezet in warmte-energie produceert dat verdampingsenergie en infrarode uitstraling, wind in drie dimensies die energie aan- of afvoert, verdamping, wolken, allemaal een dynamische wanorde. Omdat de temperatuur in de omgeving niettemin redelijk binnen grenzen blijft, lijkt het geheel zich toch min of meer stabiel te gedragen. Hoe stabiel, dat is een primair punt van onderzoek.

De dagelijkse veranderingen betreffen niet alleen de dag/nacht cyclus maar ook de overgang van seizoenen. Zo constateren de schrijvers dat bijvoorbeeld met de overgang van de winter naar de lente, de dagelijkse maximale zonnestraling met enkele watts per vierkante meter toeneemt; maar dat dit slechts leidde tot tienden van graden aan toename van de dagelijkse maximum temperatuur.

Vergelijk dat eens met het uitgangspunt van het IPCC waarin verdubbeling van kooldioxide tot zo’n 3,7 watt per vierkante meter aan infrarood-terugstraling zou moeten leiden. Dat zou zich dan weer moeten vertalen tot zo’n 2,3 tot 4,5 graden Celsius temperatuursverhoging volgens de laatste schattingen. Dat scheelt een factor van rond de tien (een orde van grootte) en dan is enige verwondering toch wel gerechtvaardigd.

Arthur Rörsch wilde het verband tussen die toename van zonneinstraling en de maximum temperaturen in de lente wat exacter gekwanticeerd zien en was ook benieuwd naar de variatie tussen tropen, gematigd en poolklimaat en ook in het verschil tussen maritieme en continentale klimaten. Daartoe berekende hij voor een veertigtal weerstations de dagelijkse maximale zonneinstraling en het grootste verschil met de vorige dag, verdeeld over beide klimaatzonesⁱ. Van de klimaatdata gebruikte hij de maandelijke gemiddelde maximum temperaturen (met als bron de wikipedia klimaat paragrafen) om de weersinvloeden zoveel mogelijk te elimineren, vertaald naar de gemiddelde dagelijkse temperatuursverandering (fig1).

Figuur 1 toont de maximale dagelijkse veranderingen van een veertigtal weerstations op verschillende breedtegraden. Zo zien we bijvoorbeeld dat voor stations rond de 45 graden noorderbreedte de dagelijkse toename van zonne-instraling rond de middag ruim 6 watt per vierkante meter per dag bedraagt. De daarbij behorende dagelijkse temperatuursstijging van de gemiddelde maximum temperatuur bedraagt dan ongeveer 0,3-0,4 graden Celsius voor stations met een landklimaatⁱⁱ en ongeveer 0,1 graden Celsius voor stations met een zeeklimaatⁱⁱⁱ. Voor de stations richting Noordpool wordt dat verschil groter. Het bovenste rode vierkant is Yakutsk in Siberië, richting evenaar verkleint het verschil, de meest linker blauwe ruit is Freetown in Afrika.

Dit resultaat leidt tot een aantal observaties.

In het midden van de grafiek komt dit resultaat neer op een gemiddelde temperatuurtoename van ongeveer 0,25 graden Celsius voor een toename van zonne-instraling van gemiddeld ongeveer 6 watt per vierkante meter ofwel 0,04 graden Celsius voor één watt per vierkante meter energie. Vergelijk dat met een hypothetische klimaatgevoeligheid van – zeg – gemiddeld 2,5 graden Celsius voor 3,7 watt per vierkante meter extra broeikaseffect bij verdubbeling van kooldioxide en dat levert dan een toename van 0.67 graden Celsius op voor één watt per vierkante meter energie. Dat scheelt een factor 16. Hoewel dit hier slechts om orden van grootte gaat, bevestigt dit toch de indruk dat de IPCC-bandbreedte van klimaatgevoeligheid substantieel te hoog is ingeschat.

Men kan aanvoeren dat de toename van infrarood terugstraling – als bedoeld in het vermeende broeikaseffect – rond de klok plaatsheeft, terwijl de zon maar een fractie van een seconde op het hoogste punt staat. Zeker, en om die toename van energie uit te middelen over de gehele dag moet het worden gedeeld door pi (π). Hypothetisch zou die ruim 6 watt per vierkante meter maximum voor de 45% noorderbreedte dan uitmiddelen tot ca 2 watt per vierkante meter continue per dag ofwel 0,125 graden Celsius per één watt per vierkante meter energie. We zitten hypothetisch dan nog steeds ruwweg een factor 5 – 6 lager dan het hypothetische broeikaseffect van 2,5 graden Celsius voor verdubbeling van kooldioxide.

Ook constateren we dat de continentale stations ongeveer drie tot vier keer zo gevoelig zijn als de maritieme stations. Dit toont aan dat de royale aanwezigheid van water, als een oceaan, een hogere luchtvochtigheid en frequente wolkenvorming een dempende, stabiliserende invloed heeft op de temperatuurgevoeligheid voor instraling van zonne-energie, oftewel een negatieve feedback en dit staat haaks op de ‘consensus’-veronderstelling dat waterdamp de klimaatsgevoeligheid verhoogt door positieve feedback.

Van arctisch naar tropisch neemt de gevoeligheid af. Terwijl de dagelijkse instralingsverschillen sterker worden nemen de dagelijkse temperatuursverschillen af tot nagenoeg verwaarloosbaar. Aangezien er veel meer tropisch aardoppervlak is (40%) dan arctisch aardoppervlak (8%) is de gemiddelde klimaatgevoeligheid voor variatie in energieinstraling navenant lager en dus ook voor variatie in broeikasgassen.

Conclusie

De relatieve temperatuurgevoeligheid voor de dagelijkse toename van instraling van zonne-energie in de lente is rond één orde van grootte lager dan de vermeende temperatuurgevoeligheid voor verdubbeling van kooldioxide. De temperatuurgevoeligheid van maritieme locaties is bovendien drie tot viermaal lager dan continentale stations, hetgeen aantoont dat de aanwezigheid van meer water (oceaan, luchtvochtigheid en wolkenvorming) de temperatuurgevoeligheid stabiliseert en zich dus gedraagt als negatieve feedback. Bovendien neemt de gevoeligheid af richting evenaar. De temperatuurgevoeligheid voor variatie in instralingsenergie van tropische locaties nadert nul.

André Bijkerk.

Antropogene klimaatverandering veronderstelt dat de toename van broeikasgassen tot substantiële verhoging van infrarood terugstraling leidt, nog intensifieert door een positieve feedback specifiek door de aanwezigheid van waterdamp en dat dit tot substantieel hogere temperaturen leidt. De hier aangevoerde directe observaties van de dagelijkse dynamiek tijdens de overgang naar de lente wijzen echter in een heel andere richting.

Noten