Peter van Toorn.
Een gastbijdrage van Peter van Toorn.
De wetenschappelijk onderbouwing van de Parijse klimaatakkoorden is gebaseerd op de klimaatprojecties gepubliceerd door het IPCC. Er zijn primair twee factoren, waarop die verwachtingen van temperatuur zijn gebaseerd, nl. de grote invloed van CO2, en de ondersteuning van het geheel door klimaatmodellen.
De politiek hecht een grote waarde aan de klimaatmodellen. Deze modellen laten een stijging van de temperatuur zien, en de politiek denkt niet alleen daar wat aan te moeten doen, maar weet ook wat eraan te kunnen doen.
De vorige minister van economische zaken had geen boodschap aan het feit, dat metingen niet geheel de modellen ondersteunden. Hij ging alleen uit van de modellen. Ik krijg niet de indruk dat de huidige minister daar anders over denkt.
Natuurkundig is de temperatuurverandering een maat voor de (statistische) verandering van de energie van de atmosfeer. Ik zeg met name de atmosfeer, daar met behulp van de metingen van weerstations sinds 1900 en de laatste 30 jaar met satellietwaarnemingen, alleen de veranderingen in de atmosfeer wordt gemeten. Deze metingen liggen ten grondslag aan de politieke paniek, die we zien in akkoorden van Parijs en het klimaatbeleid in ons eigen land en elders in de EU.
Die waargenomen temperatuurverandering wordt in de huidige dogma’s van de klimaatwetenschap vrijwel volledig toegeschreven aan toename van broeikasgas CO2, ontstaan door verbranding van fossiele energie, en versterkt door klimaatgevoeligheid.
Broeikasgassen en klimaatgevoeligheid
Er moet een evenwichtstemperatuur zijn tussen enerzijds de ingestraalde zonne–energie en uitgestraalde energie. Die temperatuur is veel lager dan de gemeten temperatuur van de atmosfeer.
Het verschil wordt het broeikaseffect genoemd en wordt volledig toegeschreven aan de invloed van “broeikasgassen”. Daar valt overigens wel wat op af te dingen, maar het gaat te ver om hier verder op in te gaan.
Broeikasgassen als CO2 en waterdamp hebben een fysische eigenschap om een lichtdeeltje (foton) in te vangen, om te zetten in een vibratie (trilling) van het molecuul, en daarna een soortgelijk foton weer uit te zenden. Met vertraging wordt energie getransporteerd, maar effectief blijft energie hangen in met name de waterdamp. Concentratie waterdamp in de atmosfeer kan overigens sterk fluctueren tussen bijna 0 en maximaal 4 %.
De fysische redenering achter klimaatgevoeligheid voor CO2 is een kromme redenering. De temperatuur stijgt licht door het broeikaseffect van CO2, waardoor gemiddeld meer waterdamp opgenomen kan worden in de atmosfeer. Waterdamp is relatief het sterkste broeikasgas. Je krijgt in dit proces een sterke meekoppeling (versterking), waardoor de temperatuur uit de hand loopt. Hierbij wordt voorbij gegaan aan het feit dat meekoppeling, zover die bestaat, vrijwel ogenblikkelijk teniet wordt gedaan door negatieve terugkoppeling (terug naar een neutrale toestand). De ironie is, dat die negatieve terugkoppeling met name bestaat uit de invloed van water, waaronder neerslag, ijsvorming, wolken, en transport van energie naar grote hoogte in de atmosfeer (onweer).
De waterhuishouding is een van de belangrijkste sleutels in het begrijpen van energiebalans van de aardse atmosfeer.
Je zou de toename van CO2 door verbranding van fossiele brandstoffen een “externe” factor kunnen noemen, die de temperatuur van atmosfeer beïnvloedt. Andere externe factoren kunnen via natuurlijke wisselwerking de temperatuur beïnvloeden: zoals ijskappen, zeestromingen, wolken, en verandering in (magnetische) gedrag van zon. Desnoods andere menselijke activiteiten als bebouwing, ontbossing, of een sterke toename van windparken en (zwart gekleurde) zonneparken kunnen een factor zijn. Er is in wezen geen direct causaal verband tussen een eventueel aanwezig klimaatgevoeligheid en toename CO2, zonder de aanname, dat andere factoren verwaarloosbaar zijn. Klimaatgevoeligheid wordt niet ondersteund door duidelijke waarnemingen, en al zou het worden waargenomen, dan zegt het nog niets over de eenduidige relatie met alleen CO2.
Vaak wordt gesteld dat de invloed van klimaatgevoeligheid van CO2 duidelijk wordt, door de algemene circulatiemodellen door te rekenen, waarbij ook rekening gehouden wordt met sommige aspecten van de waterhuishouding zoals oceanen.
Klimaatmodellen
Klimaatmodellen lijden aan een groot manco: De schaal waarop gemodelleerd kan worden is vele malen groter dan noodzakelijk is op fysische gronden. De grid/sampling afstanden zijn op een schaal van vele kilometers. De algemene circulatiemodellen zijn in principe een numerieke benadering van de Navier Stokes (NS) vergelijkingen. De grote complexiteit van de vergelijkingen enerzijds, en de noodzakelijke verfijning van het numerieke model om fysisch relevant te zijn, botst met de beperkte reken– en het geheugencapaciteit van supercomputers.
De numerieke oplossing van de NS vergelijkingen zijn ook de basis voor weersvoorspellingen. Als de “pluim”van de voorspellingen getoond wordt tijdens de uitzendingen van de weersverwachting, ziet iedereen de toenemende onzekerheid van de voorspellingen. Dit wordt nog veel erger met klimaatmodellen, daar er alleen maar op een nog grovere schaal (middeling) gekeken kan worden, om geheugen en rekentijd in de hand te houden, maar ook, omdat andere factoren dan NS vergelijkingen meegenomen moet worden.
Christopher Essex heeft enige jaren geleden een voortreffelijke presentatie gegeven om deze numerieke problemen te duiden (YouTube presentatie [1]), met name de discrepantie tussen de relevante fysische schaal van een paar millimeter en de grove schaal van modellen. Zie ook deze studie van relevantie van klimaatmodellen [2].
Er zijn zelfs studies waar de nauwkeurigheid van de computeradressen (en daarmee hardware afhankelijk) een rol gaat spelen door de accumulatie van onnauwkeurigheden en numerieke afrondingen [3][4].
Vaak wordt door bloggers op deze site gesteld, dat de temperatuurverandering achter loopt bij de verwachte sterke stijging volgens de modellen. “De sterke temperatuurstijging die maar niet wil komen”. Dat is naar mijn mening een aanvechtbare uitspraak, daar de modellen niet betrouwbaar zijn om enige serieuze falsificatie op te baseren.
De resultaten van de modellen die de basis zijn van grote maatschappelijke beslissingen moeten we met een zware korrel zout nemen. De onbetrouwbaarheid van de uitkomsten van de modellen kunnen de financiële impact van de politieke beslissingen niet rechtvaardigen.
We weten het gewoon niet, en we zullen het ook nooit op deze manier te weten komen.
No physics without uncertainty, but with too much uncertainty no physics either.

Referenties en links
[2] A. Bakker, The robustness of the climate modelling paradigm, Proefschrift Vrije Universiteit Amsterdam (2015), 200 blz.
[3] Song-You Hong, Myung-Seo Koo,Jihyeon Jang, Jung-Eun Esther Kim, Hoon Park, Min-Su Joh, Ji-Hoon Kang, and Tae-Jin Oh Monthly Weather Review 2013 ; e-View, doi: http://dx.doi.org/10.1175/MWR-D-12-00352.1