Deze week is er weer veel aandacht voor roet, een deeltje dat de laatste jaren sowieso aan een indrukwekkende opmars in de klimaatwereld bezig is. Die opmars is voor een groot deel te danken aan V. Ramanathan, een van de grondleggers van de moderne broeikastheorie, die zich in de nadagen van zijn carrière op het onderwerp roet heeft gestort. De eerste van twee artikelen die zijn verschenen is dan ook mede van zijn hand. Het persbericht legt uit dat de onderzoekers op basis van metingen boven Zuid-Korea concluderen dat roet uit fossiele brandstoffen (vooral diesel) 100 keer zo sterk zonlicht absorbeert dan roet uit biobrandstoffen (hout, mest). Een tweede artikel van Mark Jacobson stelt dat roet zo sterk bijdraagt aan opwarming dat het op de tweede plaats komt, na CO2 en nog voor methaan.

Een miljoen keer sterker
Het tweede artikel van Mark Jacobson in de Journal of Geophysical Research onderzocht het effect van roet met modellen. Jacobson keek daarbij toevallig ook naar het verschil tussen roet afkomstig van biobrandstoffen en fossiele brandstoffen. Per eenheid van gewicht is het opwarmingspotentieel van roet indrukwekkend te noemen. Elke gram roet afkomstig van fossiele brandstoffen warmt de lucht 1,1 tot 2,4 keer sterker op dan een gram CO2. Roet van biobrandstoffen is volgens Jacobson 350.000 tot 970.000 keer zo sterk als CO2.

Als gevolg daarvan komt roet volgens Jacobson op de tweede plaats terecht in het rijtje van mondiale opwarmers, achter CO2 en nog voor het sterke broeikasgas methaan. Omdat roet ook voor grote gezondheidsproblemen zorgt, met name in ontwikkelingslanden, ligt het voor de hand om roet de hoogste prioriteit te geven in klimaatbeleid. Je slaat immers twee vliegen in een klap, een afname van roet leidt tot een schonere lucht en minder gezondheidsklachten en zou tegelijkertijd voor wat afkoeling kunnen zorgen. Een heuse win-win situatie.

Wat vrijwel nooit aandacht krijgt in dit soort publicaties is dat een grotere rol voor in dit geval roet betekent dat het effect van CO2 kleiner zal moeten zijn dan tot nu toe gedacht. Kijk maar naar figuur SPM.2 van het laatste IPCC-rapport:

Hoeveel komt door CO2?
Roet wordt hier weliswaar vermeld, maar alleen de bijdrage van black carbon aan het smelten van sneeuw. Jacobson en ook Ramanathan (in 2008 al in een eerdere paper in Nature Geoscience) stellen dat het opwarmende effect van roet veel groter is dan hier vermeld door het IPCC. Ramanathan schat zelfs zo’n 60% van het effect van CO2. Dat betekent dat de netto stralingsforcering groter zal worden. Dit betekent dan weer dat de opwarming die al heeft plaatsgevonden verdeeld moet worden over weer een extra factor van belang, namelijk roet.

Optelsom
Wat betekent dit nu voor de broeikasdiscussie? We nemen de opwarming sinds 1975 van pakweg een halve graad Celsius, die doorgaans aan de mens wordt toegeschreven. Peer reviewed artikelen van onder andere Michaels/McKitrick, De Laat/Maurellis, Pielke sr/Klotzbach hebben meer dan aannemelijk gemaakt dat een deel van die recente opwarming veroorzaakt is door slechte kwaliteit meetstations en economische factoren. Laten we zeggen dat er 0,3 graden klimatologische opwarming overblijft.

We moeten vervolgens nog rekening houden met de Pacific Decadal Oscillation (PDO) die in die periode in een warme fase zat. Dat is meer dan redelijk omdat er toenemend bewijs is dat de huidige stagnatie van de wereldtemperatuur mede te wijten is aan de koude fase van de PDO. Volgens de klimaatmodellen had de aarde tussen 2000 en 2010 0,2 graden moeten opwarmen, maar er was opwarming noch afkoeling. De zon ging in dezelfde periode naar een ongekend minimum, zal ook iets hebben bijgedragen, dus een voorzichtige schatting zou kunnen zijn dat de PDO 0,1 graden heeft bijgedragen aan de opwarming tussen 1975 en 2000.

Blijft er 0,2 graden over. Deze opwarming moet verdeeld worden over alle forcings die in de tabel vermeld staan met de kanttekening dus dat roet waarschijnlijk meer heeft bijgedragen. Een volgende kanttekening is bovendien dat het afkoelende effect van aerosolen, de grote blauwe balk in de tabel, waarschijnlijk veel minder koelend is dan het IPCC tot nu toe heeft gedacht, zie dit eerdere bericht op climategate.nl. Dit maakt de netto opwarmende forcering wederom groter. Zo blijft er al met al misschien maar 0,05 graden over die we direct aan CO2 kunnen toeschrijven.

Het is natuurlijk natte vingerwerk, maar, ik zou het geen speculatie willen noemen. Dit is het model dat het IPCC zelf aanhangt. Opwarmende en afkoelende factoren tegen elkaar wegstrepen, het netto eindresultaat bepaalt hoeveel de aarde zou moeten opwarmen. Als veel netto forcing relatief weinig opwarming geeft, dan is dat een indicatie dat het klimaat niet zo gevoelig is voor die forcings. Dat wijst ook eerder in de richting van negatieve feedbacks (denk aan het werk van Lindzen en Spencer) dan de behoorlijk positieve feedbacks die er in alle 21 klimaatmodellen van het IPCC zitten en kan verklaren waarom de modellen de opwarming voor de toekomst vooralsnog overschatten.

Voor de volledigheid hieronder het persbericht over het artikel van Jacobson, inclusief een interviewtje van drie minuten met Jacobson.

Ordinary soot key to saving Arctic sea ice

AGU Release No. 10–20
27 July 2010
For Immediate Release

WASHINGTON—The quickest, best way to slow the rapid melting of Arctic sea ice is to reduce soot emissions from the burning of fossil fuel, wood and dung, according to a new study.

The study shows that soot is second only to carbon dioxide in contributing to global warming. But, climate models to date have mischaracterized the effects of soot in the atmosphere, said its author Mark Z. Jacobson of Stanford University in Stanford, California. Because of that, soot’s contribution to global warming has been ignored completely in national and international global warming policy legislation, he said.

“Controlling soot may be the only method of significantly slowing Arctic warming within the next two decades,” said Jacobson, director of Stanford’s Atmosphere/Energy Program. “We have to start taking its effects into account in planning our mitigation efforts and the sooner we start making changes, the better.”

The study will be published this week in Journal of Geophysical Research (Atmospheres). Jacobson used a computer model of global climate, air pollution and weather that he developed over the last 20 years and updated to include additional atmospheric processes to analyze how soot can heat clouds, snow and ice.

Soot — black and brown particles that absorb solar radiation — comes from two types of sources: fossil fuels such as diesel, coal, gasoline, jet fuel; and solid biofuels such as wood, manure, dung, and other solid biomass used for home heating and cooking around the world.

Jacobson found that the combination of the two types of soot is the second-leading cause of global warming after carbon dioxide. That ranks the effects of soot ahead of methane, an important greenhouse gas. He also found that soot emissions kill over 1.5 million people prematurely worldwide each year, and afflicts millions more with respiratory illness, cardiovascular disease, and asthma, mostly in the developing world where biofuels are used for home heating and cooking.

Jacobson found that eliminating soot produced by the burning of fossil fuel and solid biofuel could reduce warming above parts of the Arctic Circle in the next fifteen years by up to 1.7 degrees Celsius (3 degrees Fahrenheit). For perspective, net warming in the Arctic has been at least 2.5 degrees Celsius (4.5 degrees Fahrenheit) over the last century and is expected to warm significantly more in the future if nothing is done.

Soot lingers in the atmosphere for only a few weeks before being washed out, so a reduction in soot output would start slowing the pace of global warming almost immediately. Greenhouse gases, in contrast, typically persist in the atmosphere for decades — some up to a century or more — creating a considerable time lag between when emissions are cut and when the results become apparent.

The most immediate, effective and low-cost way to reduce soot emissions is to put particle traps on vehicles, diesel trucks, buses, and construction equipment. Particle traps filter out soot particles from exhaust fumes. Soot could be further reduced by converting vehicles to run on clean, renewable electric power.

Jacobson found that although fossil fuel soot contributed more to global warming, biofuel-derived soot caused about eight times the number of deaths. Providing electricity to rural developing areas, thereby reducing usage of solid biofuels for home heating and cooking, would have major health benefits, he said. Soot from fossil fuels contains more black carbon than soot produced by burning biofuels, which is why there is a difference in warming impact.

Black carbon is highly efficient at absorbing solar radiation in the atmosphere, just like a black shirt on a sunny day. Black carbon converts sunlight to heat and radiates it back to the air around it. This is different from greenhouse gases, which primarily trap heat that rises from the Earth’s surface. Black carbon can also absorb light reflecting from the surface, which helps make it such a potent warming agent.

Black carbon has an especially potent warming effect over the Arctic. When black carbon is present in the air over snow or ice, sunlight can hit the black carbon on its way towards Earth, and also hit it as light reflects off the ice and heads back towards space. Black carbon also lands on the snow, darkening the surface and enhancing melting.

“There is a big concern that if the Arctic melts, it will be a tipping point for the Earth’s climate because the reflective sea ice will be replaced by a much darker, heat absorbing, ocean below,” said Jacobson. “Once the sea ice is gone, it is really hard to regenerate because there is not an efficient mechanism to cool the ocean down in the short term.”

Jacobson is a senior fellow at the Woods Institute for the Environment. This work was supported by grants from the U.S. Environmental Protection Agency, NASA, the NASA high-end computing program, and the National Science Foundation.