De strijd om het einde van de opwarming

Jan Paul van Soest Praat met een ‘klimaatscepticus’ en de kans is groot dat je binnen 5 minuten te horen krijgt: “Maar de opwarming van de aarde is circa 15 jaar geleden gestopt; en er is geen enkel klimaatmodel geweest dat dit heeft voorspeld”. Misschien wordt er nog aan toegevoegd: “… en dat terwijl de CO2-uitstoot gewoon is doorgegaan”. Waarmee de ‘scepticus’ maar zeggen wil: flauwekul, die opwarming van de aarde, de klimaatmodellen deugen niet, en het idee dat CO2 daarvoor verantwoordelijk is, is uit de lucht gegrepen. Drie argumenten ineen, geen wonder dat het verhaal over het einde van de opwarming in sceptische kringen zo populair is. Maar klopt het? In de afgelopen paar jaar zijn veel studies verschenen die een helderder licht werpen op wat inmiddels de ‘opwarmingspauze’ is gaan heten. Dat is niet toevallig: sinds een jaar of wat berichten de media regelmatig dat ongeveer sinds 1998 de opwarming van de atmosfeer zou zijn afgevlakt of zelfs tot stilstand zou zijn gekomen. Enkele ‘sceptici’ riepen zelfs bezorgd dat er een nieuwe kleine ijstijd in het verschiet lag. De periode van ca. 15 jaar gematigde opwarming was voor ‘sceptici’ een buitenkans om twijfel te zaaien over de juistheid van de klimaatwetenschap; dezelfde periode was voor klimaatwetenschappers juist een buitenkans om meer gedetailleerd inzicht te krijgen in de werking van het klimaatsysteem. Een opwarming die duidelijk geringer is dan die in de periode 1975-2000 optrad, is wetenschappelijk gezien een interessante puzzel. Daarvan lijken inmiddels de meeste puzzelstukjes wel gelegd. We noemen de belangrijkste.

In alle gekrakeel over een al dan niet gestopte opwarming wordt gemakkelijk vergeten dat de kennis van opwarming door broeikasgassen zoals CO2 en methaan (CH4) al ruim 1,5 eeuw bekend is. Wie eindexamen middelbare school natuurkunde doet, loopt kans zelf te moeten berekenen hoe warm de aarde zou zijn zonder broeikasgassen, en hoeveel met. Tot op molecuulniveau wordt begrepen hoe broeikasgassen de warmte-uitstraling van de aarde naar het heelal beperken. Dat een hogere concentratie broeikasgassen in de atmosfeer tot opwarming leidt, moet leiden, is een natuurkundige wetmatigheid. Al even zeker is dat de concentratie sterk gestegen is, en nog jaarlijks stijgt. Fysisch gezien – volgens de wet van behoud van energie – houdt de opwarming pas op als bij een verhoogde broeikasgasconcentratie de energie-uitstraling door de aarde, na vele eeuwen, weer in evenwicht is met de energie-instraling door de zon. Dat gebeurt door opwarming: warmere objecten, en dat geldt ook voor de aarde, stralen meer warmte uit dan koudere objecten.

Maar de wetenschap dát extra broeikasgassen zorgen dat het energieniveau oftewel de warmte op aarde toeneemt, wil nog niet zeggen dat meteen duidelijk is wáár in het klimaatsysteem die energie dan blijft. Gaat de warmte in de atmosfeer zitten? In de oceanen, en welke dan vooral? In de bodem? In het smelten van ijs? Dat kan nog lastig te achterhalen zijn, omdat het klimaatsysteem permanent in beweging is en niet op elke afgelegen plek te land, ter zee of in de lucht meetstations staan.

Het overgrote deel van de energie in het klimaatsysteem zit in de oceanen. Het zal dan niet verrassen dat oceanen ook verreweg het grootste deel van de extra warmte opnemen (zie figuur 1). Zo’n 93,4% van de warmte die jaarlijks extra op aarde blijft ‘hangen’ verdwijnt in de oceanen. De atmosfeer is op enorme afstand de tweede warmtebuffer, met 2,3%. De discussie ‘opwarming gestopt’ gaat alléén over deze 2,3%, de atmosfeer, sowieso gaat de opwarming van de oceanen gewoon door, of sterker nog: deopwarming versnelt zelfs. De wetenschap speurt nog naar details van de warmte-uitwisseling tussen oceanen en atmosfeer, en de opslag en het transport van warmte in de oceanen zelf. De Stille Oceaan heeft een grote invloed op de interne variabiliteit van het klimaat, onder meer via het fenomeen van de El Niño’s/La Niña’s (warmere en koelere oceaanfasen). Enkele recente publicaties (Knutti en Huber in Nature Geoscience en Trenberth et al in Nature Climate Change) wijzen op een belangrijke rol van de Stille Oceaan. Volgens een recente studie in Science van Xianyao Chen en Ka-Kit Tung speelt ook de Atlantische Oceaan een rol van betekenis. Veel andere wetenschappers vinden die analyse (nog?) niet overtuigend. Het laatste woord lijkt hier dan ook nog niet over gezegd. Onderzoeken als deze moeten helpen de hele energie-boekhouding voor de oceanen sluitend te krijgen.

We zoomen nu verder in op die beperkte 2,3% van de opwarming die in de atmosfeer belandt. Is die dan tot stilstand gekomen? Er zijn verschillende meetreeksen voor de temperatuur van de atmosfeer, wie daar een trendlijn doorheen trekt (we nemen hieronder het gemiddelde van alle verschillende reeksen) kan zien dat de (rode, doorgetrokken) lijn vanaf 1998 amper stijgt. De keuze voor dat beginjaar is natuurlijk statistisch onverantwoord, dat is selectief winkelen: 1998 was het jaar van een reusachtige El Niño die de temperaturen dat jaar flink opdreef. Niettemin waren 2005 en 2010 warmere jaren, maar de trend is tamelijk vlak. De trendlijn stijgt duidelijk minder dan de trendlijn 1975-1998. Onderstaande figuur 2 laat dat zien (gemiddelde temperaturen voor alle bekende temperatuurreeksen).

Dat is niet uitzonderlijk. Hoe korter de periode en hoe kleiner het gebied waarnaar gekeken wordt, des te groter de schommeling, oftewel de variabiliteit. Over langere perioden en gemiddeld over de hele aarde middelen die schommelingen uit. Voor het ‘klimaat’ wordt daarom 30 jaar aangehouden. 30 Jaar is lang genoeg om de natuurlijke variaties, zoals de gevolgen van El Niño’s en La Niña’s of vulkaanuitbarstingen uit te middelen, en kort genoeg om de langere klimaattrends van bijvoorbeeld temperatuur- of neerslagveranderingen te tonen. Over een korte periode, bijvoorbeeld sinds 1998, kan het signaal van de opwarming (door broeikasgassen) worden overvleugeld door een koelende natuurlijke variatie (ruis) die een latere periode dan weer opwarmende ruis kan worden. Dus zelfs als de atmosfeer een jaar of 15 jaar niet opwarmt (maar daarover zo meer) wil dat niet zeggen dat er niet toch een opwarmingssignaal onder de ruis is verborgen. Wie nogmaals goed naar de figuur kijkt, kan ook zien dat de (zwart, gestreepte) trendlijn 1975-nu (dus inclusief de veronderstelde opwarmingspauze van 1998-nu) net zo scherp stijgt als de (blauw, doorgetrokken) trendlijn 1975-1998. Dat onderstreept dat 1998 door klimaatsceptici welbewust als beginjaar is gekozen voor de claim dat de opwarming zou zijn gestopt. Dat is statistisch gezien cherry-picking, oftewel selectief winkelen.

Het signaal van opwarming blijkt inderdaad te scheiden te zijn van de voortdurende natuurlijke variaties. Er zijn verschillende manieren om daarnaar te kijken. Een hele simpele: in de afgelopen halve eeuw blijkt elke tienjaarsperiode warmer te zijn dan zijn voorganger (figuur 3).

Anekdotisch: de laatste maanden vestigden nieuwe records, we beleefden onlangs de warmste mei– en junimaand sinds het begin van de metingen. Daaraan vallen geen trendconclusies te ontlenen, maar omgekeerd lijkt het er niet op dat de conclusie ‘opwarming gestopt’ correct is. In lijn daarmee: ook de oceanen waren niet eerder (sinds het begin van de metingen althans) zo warm. Eleganter is het natuurlijk om wiskundig de ‘ruis’ van natuurlijke fluctuaties (door vulkanen, El Niño/la Niña en de zonnecyclus) van het ‘signaal’ te scheiden. Dat hebben onder meer Foster & Rahmstorf gedaan, en het resultaat is duidelijk: door de ruis heen is een opwarmingstrend onmiskenbaar (figuur 4).

We gooien er nog een benaderingswijze tegenaan, zie figuur 5. Wetende dat de Niña-jaren relatief koel zijn, en Niño-jaren relatief warm, en dat de warme en koelere jaren at random verschijnen, is het interessant te kijken of er een trend is als je alleen naar de La Niña-jaren of alleen naar de El Niño-jaren kijkt. En ja hoor, dat is het geval: gemiddeld wordt elk van de categorie jaren warmer.

Puzzelstuk 5: Modellen geven verwachtingen, maar kunnen het toeval niet voorspellen

Het onvoorspelbare karakter van vulkaanuitbarstingen, maar vooral van de Niño’s/Niña’s die een grotere invloed hebben dan vulkanen, wijst de weg naar nog weer een puzzelstukje. Het ‘sceptische’ verwijt luidt dat de modellen de verminderde opwarming niet hebben voorzien. Met als conclusie dat de modellen dus niet deugen en dat we het klimaat niet voldoende begrijpen. Die conclusie mist grond. Ook goed begrepen verschijnselen zoals de Niño’s/Niña’s of vulkaanuitbarstingen kunnen namelijk onvoorspelbaar zijn. Niettemin kan daarmee in modellen zinvol worden omgegaan. Net als bij weersverwachtingen voor 5 of 14 dagen tonen klimaatprognoses voor langjarige perioden een zogenoemde ‘pluim’: een bandbreedte van uitkomsten waarbinnen bandbreedte het weer, respectievelijk het wereldklimaat, zich waarschijnlijk zal ontwikkelen. Elk van die lijnen van de ‘pluim’ kan de werkelijkheid worden, maar uiteraard is er uiteindelijk altijd maar één de realiteit. De feitelijke temperatuurontwikkeling in de afgelopen jaren zit aan de lage kant van eerdere modelprojecties, maar valt wel binnen de bandbreedte van de ‘pluim’ (figuur 6). De modelberekeningen ‘zagen’ dus de temperatuurreeks zoals deze zich daadwerkelijk ontwikkelde als een mogelijke reële uitkomst. Deze verhouding realiteit versus modelberekeningen is dus op zich geen reden om de klimaatmodellen te wantrouwen.

Maar er is meer. Modellen simuleren de natuurlijke variëteit oftewel ruis door onder meer Niña’s en Niño’s en vulkaanuitbarstingen, en geven in die zin een realistisch klimaatsysteem weer. Maar die ruis wordt in de modellen als toeval gemodelleerd. In het echt gaat het ook om toeval: we weten dát er een paar Niña’s komen, maar niet wanneer. Pas achteraf valt te constateren wanneer en hoeveel Niña’s, Niño’s en vulkaanuitbarstingen er waren. Het juist voorspellen van toevalstreffers berust louter op toeval. Dat lukt alleen waarzeggers, althans, dat claimen ze. Wanneer modellen veelvuldig worden gedraaid om een ‘pluim’ van denkbare ontwikkelingen te maken, blijken modellen ook langdurige perioden van geringe opwarming of zelfs afkoeling te ‘voorspellen’. Wannéér die perioden zijn kunnen de modellen per definitie niet zeggen, en dat valt de klimaatmodelleurs natuurlijk niet aan te rekenen. In de afgelopen 15 jaar blijkt er, achteraf, een overmaat aan koelende factoren te zijn geweest: wat meer vulkaanuitbarstingen dan gemiddeld, en met name meer La Niña’s dan El Niño’s. Trouwens, ook de huidige zonnecyclus stond op een wat koelere stand, maar deze was beter te voorzien dan de echte toevalsfactoren. Om de modellen nog eens aan de realiteit te testen is recent een veelzeggende analyse gemaakt, hier en hier nader toegelicht, zie ook figuur 7. Wanneer uit talloze modelruns die runs bij elkaar worden genomen die een reeks Niña’s, Niño’s en vulkaanuitbarstingen lieten zien die achteraf gezien, toevallig, overeenkwamen met de realiteit, dan corresponderen die modelexercities prima met de feitelijke temperatuurontwikkeling van de afgelopen jaren. Met andere woorden: de modellen simuleren de werkelijkheid heel goed, behalve het toevalsdeel in de werkelijkheid, maar dat kan ook van niemand worden gevraagd.

Een eerdere studie gaf ook al sterke aanwijzingen in die richting: als aan modelberekeningen het La Niña-El Niño-patroon wordt opgelegd zoals zich dat in de realiteit heeft voorgedaan, verklaart dat in hoge mate de stagnerende temperatuurontwikkeling. Recent kwam een verfijnde statistische analyseeveneens tot de conclusie dat de ‘opwarmingspauze’ met een aan zekerheid grenzende waarschijnlijkheid een puur natuurlijke oftewel interne variabiliteit is (schommelingen binnen het klimaatsysteem) die een tijdlang opwarmingssignaal kan maskeren.

O ja, en dan nog even dit: de bekende meetreeksen onderschatten de opwarming. Dat was bij de experts al wel bekend: het Arctische gebied wordt in de meetreeksen niet meegenomen, en juist dat warmt sneller op dan het wereldgemiddelde door de zogeheten Arctic Amplification. Probleem is: er zijn amper meetstations in het poolgebied. Daarom negeert de zogeheten HadCrut-temperatuurreeks het Noordpoolgebied compleet. De zogeheten GISS-reeks neemt de temperaturen van de dichtstbijzijnde meetstations als maat voor het Arctisch gebied, maar onderschat zo nog steeds de recente mondiale temperatuurontwikkeling, zij het minder dan HadCrut.

De onderzoekers Kevin Cowtan en Robert Way hebben een slimme manier gevonden de temperatuur(stijging) in het Noordpoolgebied beter te schatten. Die laat zien dat als de bovengemiddelde Arctische opwarming wél wordt meegerekend, er van een ‘pauze’ in de opwarming of een ‘einde’ aan de opwarming zo dat er al was weinig meer overblijft (figuur8).

De Oorlog van het Einde van de Wereld is de titel van het grote epos van Mario Vargas Llosa, over een religieuze sekte in Brazilië die zich tegen de modernisering van het land verzet. Het is een prachtige metafoor voor de Twijfelbrigade die zich met zombie-argumenten tegen de klimaatwetenschap blijft verzetten. Het idee van het Einde van de Opwarming is een van die zombie-argumenten. Bij nadere beschouwing blijft van de claim dat de opwarming is gestopt hoegenaamd niets over:

• Natuurkundig gezien kán de opwarming van de aarde niet gestopt zijn met een toenemende concentratie broeikasgassen in de atmosfeer
• Te meten en te berekenen is dat dit ook inderdaad niet het geval is: de energie op aarde (=opwarming) neemt toe, en is vooral de oceanen beland (93,4%) die een veel grotere warmtebuffer zijn dan de atmosfeer (2,3%).
• De gemiddelde temperatuur van de aardatmosfeer varieert van jaar tot jaar en van periode tot periode, onder meer door oceaanstromingen en vulkaanuitbarstingen. Maar onder deze natuurlijke variaties is een duidelijke trend waar te nemen, die ook de afgelopen 15 jaar is doorgezet.
• De opwarming (van de atmosfeer) zoals deze zich heeft voorgedaan past binnen de ‘pluim’ van modelberekeningen in het verleden. Dat modellen de ‘opwarmingspauze’ niet zouden hebben ‘voorspeld’ klopt niet: modellen simuleren ook natuurlijke variaties, maar kunnen uiteraard de timing van toevalsfactoren in opwarming of afkoeling niet voorspellen.
• En tenslotte: doordat het snel opwarmende Arctisch gebied niet of niet goed in de temperatuurreeksen is meegenomen wordt de mondiale opwarming onderschat. Als de Arctische opwarming wel wordt meegerekend blijkt er van een einde aan de mondiale opwarming geen sprake te zijn.

Als alle factoren in beeld zijn gebracht, zo concluderen NASA-onderzoekers in Nature Geoscience, is er helemaal geen sprake van discrepanties tussen modelberekeningen en de temperatuurontwikkeling in de realiteit. De opwarming gaat gewoon door. Jan Paul van Soest is o.a. Partner bij De Gemeynt – duurzame ondernemers en adviseurs, en auteur van het boek De Twijfelbrigade (2014). Met dank aan Jos Hagelaars, Hans Custers, Bob Brand en Bart Verheggen voor constructieve opmerkingen en suggesties.