Wereldwijde opwarming overschat t.g.v. 70-jarige cyclus in oceaansysteem

Een gastbijdrage van Martijn van Mensvoort.

In februari 2019 heeft het KNMI erkend dat de natuurlijke variabiliteit van het klimaatsysteem nog steeds maar matig wordt begrepen¹. Wel staat al lang vast dat het oceaansysteem een centrale rol speelt in de interne variabiliteit van het klimaat over een periode van meerdere decennia². Afgelopen jaren is inmiddels ook duidelijk geworden dat de interne variabiliteit van vooral de Grote Oceaan nog steeds wordt onderschat³.

Tevens wordt in klimaatmodellen wel rekening gehouden met de samenstelling van de atmosfeer (waarbij aan CO2 een hoofdrol wordt toegedicht), echter de modellen houden geen rekening met de samenstelling van kosmische straling (deze laatste factor wordt beïnvloed door de zon op basis van geomagnetisme – die een impact heeft op zowel het wolkensysteem als het oceaansysteem⁴). In 2018 werd inmiddels ook aangetoond dat geomagnetisme afgelopen 300 jaar een belangrijke sturende factor vormde bij de stijging van de zeespiegel⁵.

Wanneer rekening wordt gehouden met een 70-jarige cyclus in de interne variabiliteit van het klimaat dan kan ruim 58% van de opwarming wereldwijd tijdens afgelopen 4 decennia worden toegeschreven aan deze natuurlijke cyclus.

In dit artikel wordt een analyse gepresenteerd waaruit blijkt dat het surplus aan opwarming bovenop de cyclus van 70 jaar in het huidige decennium met slechts +0,01°C is gestegen t.o.v. het vorige decennium. Ook zal blijken dat het totale surplus aan opwarming t.o.v. de jaren ’80 beperkt is gebleven tot slechts +0,12°C. Op basis van de natuurlijke multidecadale cyclus van 70 jaar mag in het volgende decennium rekening worden gehouden met een toenemende impact van de neerwaartse fase van de cyclus, waarbij de verwachting is dat deze pas rond 2034 op het dieptepunt zal gaan belanden⁶. De kans lijkt daarom groot dat het recente mondiale temperatuurrecord van 2016 voor die tijd niet zal sneuvelen.

Zon & kosmos veroorzaken natuurlijke variabiliteit in het oceaan systeem

Sinds 1923 is al bekend dat de grootste variabiliteit in jaartemperaturen wordt veroorzaakt door een fenomeen dat zich afspeelt in de Grote Oceaan, namelijk: het ‘El Niño’ effect (de neerwaartse fase wordt aangeduid als ‘La Niña’). Dit fenomeen heeft betrekking op verschillen in oppervlakte temperaturen in bepaalde delen van het oceaan water bij de evenaar. De zogenaamde ‘El Niño Southern Oscillation’ index [ENSO] kent een cyclus die 2 tot 7 jaar in beslag neemt⁷.

Echter, pas in de jaren ’90 werd duidelijk dat het oceaansysteem ook oscillaties herbergt die meerdere decennia in beslag nemen en een significante rol spelen in de natuurlijke variabiliteit van het klimaat wereldwijd. Inmiddels is ontdekt dat meerdere multidecadale cycli hierbij een rol spelen, waarbij de impact op het oceaan systeem ontstaat via o.a. de samenstelling van zonnewind als ook de samenstelling van kosmische straling⁸.

Overigens, alle individuele oceanen hebben afzonderlijke cycli met een verschillende tijdsduur. Deze cycli manifesteren zich allen binnen de zogenaamde thermohaliene circulatie van de oceaanstroom, waarbij de zuidelijke zee rondom de zuidpool het centrum vormt – zie illustratie.

De Zuidelijke Zee kan dus worden herkend als de spil in de thermohaliene circulatie en de stroomrichting is tegengesteld aan de stroomrichting bij de evenaar. In de Zuidelijke Zee worden o.a. belangrijke aanjagers voor de bodemstroom van het oceaan systeem aangetroffen in de vorm van diep water formaties (die elders alleen in de Noord-Atlantische Oceaan bij de noordpool worden aangetroffen)⁹. In de Zuidelijke Zee wordt ook een belangrijke cyclus aangetroffen die een sleutelrol speelt bij het El Niño effect – dat verantwoordelijk is voor de allergrootste temperatuurfluctuaties die afgelopen decennia in de jaartemperaturen wereldwijd zijn aangetroffen.

Tijdens El Niño-episodes wordt het opwellen van koeler voedselrijk water uit de diepte van de Grote Oceaan verminderd.Afgelopen 20 jaar ontstonden hierbij in 1997/1998 en 2015/2016 wereldwijd de hoogste temperatuuranomalie. De ENSO piekwaarden rondom het El Niño-effect correleren met een verzwakking van zeestromen in de zuidelijke oscillatie tijdens het warme zomerseizoen van de Zuidpool, waarbij de diep water formatie grotendeels stilvalt omdat er op dat moment relatief weinig zeeijs wordt gevormd.¹⁰

Ongeveer de helft van het water in het totale oceaan systeem bevindt zich in de Grote Oceaan (Pacific Ocean). Naast de ENSO-cyclus kent de Grote Oceaan allerlei andere lange termijn cycli. De langst bekende cyclus neemt meer dan 1000 jaar in beslag. Echter, bij deze cyclus draait het vooral om processen die zich afspelen in het zware zoutrijk water op de bodem van de oceaan. Daarom heeft deze zeer langdurige cyclus relatief weinig impact op de fluctuaties in de jaartemperatuur wereldwijd.

In het vervolg zal duidelijk worden dat de 70-jarige cyclus (onder invloed van vooral de Grote Oceaan & de Atlantische Oceaan) afgelopen decennia een belangrijke rol heeft gespeeld bij het fenomeen dat bekend staat als ‘global warming‘.

Temperatuur 20ste eeuw toont een duidelijke cyclus met een duur van ongeveer 7 decennia

Diverse bronnen beschrijven dat in de 20ste eeuw een cyclus met een duur variërend van ruim 60 tot 70 jaar een belangrijke rol heeft gespeeld bij de ontwikkeling van de jaartemperatuur. Deze cyclus wordt o.a. in verband gebracht met invloeden van de planeten Jupiter en Saturnus op de zon⁶. Maar de cyclus wordt vooral in verband gebracht met de multidecadale cycli die in zowel de Grote Oceaan als de Atlantische Oceaan worden aangetroffen – respectievelijk: de Pacific Decadal Oscillation (PDO-cyclus, duur: ~50-70 jaar) en de Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO-cyclus, duur: ~65 jaar)¹¹. Hierbij is van belang dat de neerwaartse fase van de PDO-cyclus inmiddels wordt herkend als een mogelijke verklaring voor de ‘pauze’ in de opwarming van de aarde die zich wereldwijd heeft voorgedaan tussen 1998 en 2014. Daarnaast vormt de opwaartse fase van de PDO-cyclus een indicatie dat de impact van de opwarming in afgelopen decennia waarschijnlijk wordt overschat; dit wijst bovendien in de richting van een overschatting van de verwachte opwarming voor het einde van de 21ste eeuw³.

De impact van deze multidecadale cyclus komt duidelijk tot uitdrukking in de hieronder getoond temperatuurgrafiek voor het 50-jarig gemiddelde van de HadCRUT4 data set, die de ontwikkeling van de temperatuur wereldwijd beschrijft op basis van metingen aan het oppervlak⁸. De HadCRUT4 wordt ook gebruikt in de rapporten van het klimaatpanel van de Verenigde Naties (IPCC).

De multidecadale cyclus lijkt een grote rol te hebben gespeeld in de temperatuurstijging die afgelopen decennia wereldwijd is waargenomen. Onderstaande HadCRUT4 grafiek wordt gepresenteerd op de website van de University of East Anglia. Deze grafiek toont een patroon waarbij zowel de pieken als de dalen elkaar opvolgen in een tijdsbestek van exact 7 decennia. Overigens, ook in de temperatuurgrafieken van GISS [NASA] & MLOST [NOAA] wordt bij de toppen dezelfde cyclus van 7 decennia aangetroffen.

Ondertussen is in het hedendaagse klimaatdebat een groot deel van de aandacht gericht op de vrees voor een versterking van het broeikaseffect ten gevolge van de uitstoot van broeikasgassen. Vooral CO2 geniet al sinds de jaren ’80 de belangstelling van zowel de wetenschap als de politiek¹. Deze vrees vormde in 1988 de belangrijkste aanleiding voor de Verenigde Naties om het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) op te richten¹³. De klimaat vrees was dus al feit voordat pas in de jaren ’90 het fenomeen van de multidecadale cyclus in het oceaan systeem werd ontdekt⁸.

Natuurlijke cyclus verklaard 58% van ‘global warming’

Wanneer rekening wordt gehouden met een (natuurlijke) multidecadale cyclus van 7 decennia dan wordt al snel duidelijk dat deze een behoorlijk grote rol heeft gespeeld. Want uit onderstaande grafiek (= een bewerking van bovenstaande grafiek) blijkt dat tussen het gemiddelde van het huidige decennium en het gemiddelde van de jaren ’70 een verschil zit van 0,68°C, waarvan op basis van het verschil tussen de jaren ’40 en het eerste decennium van de 20ste eeuw (1900s) maar liefst 0,40°C aan de variabiliteit van de cylus kan worden toegeschreven. Dit betekent dat op basis van een cylus van ongeveer 70 jaar de interne variabiliteit van het klimaat wereldwijd ruim 58% van de opwarming verklaart die afgelopen 4 decennia is geregistreerd.

Bovendien blijkt de surplus temperatuurstijging bovenop de cyclus in het huidige decennium slechts +0,02°C hoger te liggen dan in het vorige decennium. Overigens, ook bij de GISS data set die op de website van de NASA wordt gepresenteerd wordt een surplus waarde aangetroffen van +0,02°C.

Het verschil t.o.v. het voorgaande decennium wordt bij de HadCRUT4 zelfs slechts -0,00°C wanneer de rekensom wordt gemaakt op basis van een decennium dat eindigd bij het jaar 2018.

Het cummulatieve surplus is t.o.v. de jaren ’80 beperkt gebleven tot afgerond slechts +0,12°C. Er is sprake geweest van een temperatuurstijging van gemiddeld +0,47°C per decennium in de jaren ’80 (t.o.v. 70 jaar eerder in de jaren ’10), welke daarna vervolgens in 3 decennia geleidelijk is opgelopen tot een temperatuurstijging van gemiddeld +0,60°C per decennium in het huidige decennium t/m het jaar 2018 (t.o.v. 70 jaar eerder in de jaren ’40).

Omdat het huidige decennium met nog 1 jaar voor de boeg (2019) voorlopig een surplus aan extra opwarming heeft opgeleverd van slechts +0,02°C, lijkt de kans behoorlijk groot dat het mondiale temperatuurrecord van 2016 – welke gepaard ging met uitzonderlijk hoge waarden in 2015/2016 bij de El Niño Southern Oscillation index – een nieuw keerpunt heeft gevormd waarbij vervolgens de neerwaartse fase van de 70-jarige cyclus is begonnen.

Indien 2019 op een jaargemiddelde temperatuur eindigt tussen 2018 en 2017 dan eindigt het huidige decennium met een surplus opwarming die kan variëren van +0,02°C (bij gelijk aan 2018) tot +0,03°C (bij gelijk aan 2017); in het laatste geval zou dit exact dezelfde surpluswaarde opleveren als 70 jaar terug in de jaren ’40 [het surplus zou in beide gevallen bij de GISS-data set ook op respectievelijk +0,02°C en +0,03°C uitkomen]. De projectie voor volgend decennium blijft in dat geval op basis van een ongewijzigde trend gehandhaafd op een surplus van +0,00°C. Pas wanneer 2019 tenminste +0,04°C warmer zou worden dan 2017 dan wordt het punt bereikt waarbij het huidige decennium alsnog op een surplus van +0,04°C boven de cyclus zou kunnen eindigen, met als gevolg dat een verhoging van de surplusprojectie naar +0,01°C gerechtvaardigd zou worden. De HadCRUT4 maand- en jaartemperatuur data wordt HIER gepresenteerd op de website van de Met Office Hadley Centre.

Op basis van de 70-jarige cyclus ontstaat een projectie waaruit blijkt dat de temperatuur het volgende decennium waarschijnlijk iets zal gaan dalen, zelfs als de temperatuurstijging (t.o.v. de jaren ’50) ongewijzigd blijft t.o.v. van de stijging van +0,60°C die voorlopig bovenop de cyclus is ontstaan in het huidige decennium – zie bovenstaande afbeelding.

Voor de volledigheid worden in onderstaande afbeelding ook nog 2 grafieken weergegeven die elk een impressie tonen van de jaarlijkse schommelingen in de HadCRUT4 temperatuur data set; in beide grafieken accentueren de pijltjes de jaren die de keerpunten vormden in de 70-jarige cyclus. De bovenste grafiek is afkomstig van de University of East Anglia en de onderste grafiek werd gepresenteerd in een studie uit 2016³. In de studie uit 2016 wordt beschreven dat de interne variabiliteit van de Grote Oceaan nog steeds wordt onderschat. Dit onderzoek beschrijft ook dat het verschil tussen de empirische metingen en de klimaatmodellen niet kan worden verklaard door natuurlijke variabiliteit. Bovendien blijken juist de modellen met de grootste afwijking van de empirische metingen te resulteren in de grootste voorspelde temperatuurtoename aan het eind van de 21ste eeuw. Uit de studie blijkt o.a. dat sommige klimaatmodellen tussen nu en het einde van deze eeuw zelfs rekening houden een temperatuurstijging die kan oplopen tot wel 2.5°C, terwijl in het IPCC rapport van oktober 2018 (samenvatting voor beleidsmakers, pagina 7) wordt beschreven dat het onwaarschijnlijk (“unlikely“) is dat de opwarming komende decennia verder oploopt dan 0.5°C:

“A.2.1 Anthropogenic emissions (including greenhouse gases, aerosols and their precursors) up to the present are unlikely to cause further warming of more than 0.5°C over the next two to three decades (high confidence) or on a century time scale (medium confidence). {1.2.4, Figure 1.5}.”

Extra warmte bovenop cyclus wordt veroorzaakt door combinatie van factoren

Ten aanzien van de opwarming bovenop de multidecadale cyclus kan aan een combinatie van natuurlijke- en antropogene factoren worden gedacht¹⁴.

In het algemeen kan t.a.v. de belangrijkste natuurlijke factoren in eerste instantie worden gedacht aan vulkanisme in combinatie met geothermische- & hydrothermische bronnen; dit vormen waarschijnlijk de meest onvoorspelbare factoren met een impact die in potentie het grootst kan zijn.

Daarnaast vormen veranderingen in stralingsintensiteit van de zon de tweede belangrijke factor; voorbeelden hiervan zijn de 11 jarige zonnevlekkencyclus + de invloed van andere planeten op het magnetisch veld van de zon. Het ontstaan van ijstijden is gerelateerd aan kosmische constellaties rondom de zon; dit betreft een cyclus die zich afspeelt over een tijdbestek van tienduizenden jaren en wordt in verband wordt gebracht met de Milankovic cycli (die betrekking hebben op veranderingen in diverse aspecten van de baan van de aarde om de zon).

De derde belangrijke natuurlijke factor vormt de interne dynamiek van het klimaat systeem in het algemeen: alle oceanen kennen ieder diverse meerjarige cycli (geomagnetisme speelt hierbij vaak een complexe rol: in de cyclus van de maan waarbij op basis van zwaartekracht 2x daags eb en vloed ontstaan in het oceaan systeem worden multidecadale cycli aangetroffen die lokaal altijd een relatief kleine maar wel directe invloed hebben op het aardmagnetisch veld. Een voorbeeld met een grotere invloed betreft de PDO-cyclus die via de magnetosfeer is gerelateerd aan de draaisnelheid van de aarde¹²). Verder bestaat er nog veel onduidelijkheid over de rol van wolken, waterdamp & de zogenaamde aerosolen – d.w.z. stofdeeltjes die kunnen variëren van zand tot fijnstof).

T.a.v de antropogene factoren kan naast de uitstoot van broeikasgassen & aerosolen ook vooral worden gedacht aan veranderingen in het gebruik van land (zoals ontbossing, landbouw & verstedelijking).

Steden in Centraal Europa tonen afgelopen 2 eeuwen een normaal temperatuurverloop

Lange termijn grafieken op basis van instrumentele temperatuurmetingen die verder in de tijd terug gaan dan 200 jaar zijn helaas alleen beschikbaar voor Europa. Afgelopen 300 jaar werd de temperatuur gedomineerd door een cyclus met een duur van ruim 200 jaar (die door Holmes¹² in verband wordt gebracht met de beweging van de planeet Uranus). Dit blijkt bijvoorbeeld uit de v-vormige temperatuurontwikkeling in de periode 1800-2000 die zichtbaar is in de hieronder getoonde grafieken voor 6 steden in Centraal Europa (de toegevoegde linken leiden naar actuele temperatuurgrafieken op de website van de NASA), waaronder 4 hoofdsteden: München, Parijs, Praag en Wenen en andere 2 steden uit respectievelijk Duitsland (Hohenpeissenberg) en Oostenrijk (Kremsmünster).8.

Uit bovenstaande temperatuu grafieken blijkt geenszins dat er afgelopen decennia in Centraal Europa sprake is geweest van een uitzonderlijke situatie. Uit de lange termijn temperatuur grafiek voor Centraal Engeland die begin in 1659 – dit is de langst lopende temperatuur serie ter wereld – blijkt dat in West Europa de temperatuurontwikkeling bij de overgang van de 17de/18de eeuw waarschijnlijk zelfs een duidelijk steiler verloop heeft gehad dan afgelopen decennia het geval is geweest – zie onderstaande afbeelding afkomstig van de Met Office Hadley Centre (rode lijn is representatief voor 10-jarig gemiddelde).

T.a.v. Nederland loopt de temperatuur grafiek voor Utrecht/de Bilt niet verder terug dan 1706, echter vanaf dat moment is het verloop in grote lijnen wel vergelijkbaar met het verloop van de grafiek voor Centraal Engeland; de temperatuurgeschiedenis van de maand juni (zie onderstaande illustratie, deze is gelinkt naar de bron waar veel meer grafieken voor De Bilt beschikbaar zijn) toont zelfs aan dat de maandtemperatuur in zowel de 18de als de 19de eeuw in sommige periodes van het jaar incidenteel zelfs duidelijk warmer was dan in de 21ste eeuw het geval is geweest.

Een overzicht van alle jaar- en maand gemiddelde temperaturen in de Bilt is HIER terug te vinden.

Volstaat de definitie van klimaat nog wel?

De traditionele definitie van het klimaat suggereert dat natuurlijke fluctuaties in verband kunnen worden gebracht met de gemiddelde temperatuur, vochtigheidsgraad, luchtdruk, wind, bewolking en neerslag over een periode van tenminste 30 jaar¹⁵.

Afgelopen decennia is langzaam steeds duidelijker geworden dat een multidecadale cyclus van ongeveer 70 jaar welhaast zeker een sturende factor vormt bij de fluctuaties in de jaartemperaturen. De logische consequentie zou kunnen zijn dat de “periode van tenminste 30 jaar” die in de definitie van het klimaat wordt genoemd mogelijk beter zou kunnen worden verlengd naar 70 jaar. Immers, alleen op deze wijze kan de impact van de multidecadale cyclus (die vermoedelijk berust op de combinatie van de cyclus van zowel de Grote Oceaan als de Atlantische oceaan, mogelijk in combinatie met de zonnevlekkencyclus) worden geneutraliseerd. Multidecadale cycli vormen dus een forse complicatie bij het vaststellen van klimaatverandering.

Dagelijkse variabiliteit & de verplaatsing van warmte

Martijn van Mensvoort.

Tenslotte is het van belang om te beseffen dat we het grootste deel van de variabiliteit van het klimaat welhaast dagelijks aan den lijve kunnen ervaren via de dag- en seizoenencyclus. Van belang is verder ook dat tijdelijke verplaatsing van warmte een sleutelelement vormt om de fluctuaties binnen het klimaat systeem goed te kunnen begrijpen. Op deze onderwerpen wordt dieper ingegaan in 2 meer uitgebreide artikelen:

• Omvang 100 jaar ‘global warming’ is kleiner dan het verschil in lokale temperatuurfluctuatie tussen 2 dagen
• Neemt de mens het klimaat in eigen hand door minder CO2 te produceren?

Bron hier.