De toestand van het klimaat in Nederland 1993
De toestand van het klimaat in Nederland 1993
Water verdampt en veroorzaakt regen of sneeuw; de circulatie van oceaan en atmosfeer transporteert energie van evenaar naar pool; leven ontstaat en vergaat en heeft een diepgaande, grotendeels nog onbekende, invloed op klimaatprocessen. Dit alles wordt mogelijk gemaakt door de energie van de zon die onze aarde bereikt. Uiteindelijk staat het klimaatsysteem deze energie ook weer af. Voor een heel klein deel vastgelegd in fossiel biologisch materiaal, maar grotendeels uitgestraald in de vorm van warmte en infrarode straling.

Mede onder invloed van biologische processen heeft onze dampkring een unieke samenstelling, vergeleken met andere levenloze planeten. Onze dampkring bestaat vrijwel volledig uit stikstof en zuurstof met een zeer geringe hoeveelheid andere gassen zoals kooldioxyde (CO2), waterdamp, lachgas (N2O) en ozon (O3). Het zijn juist deze sporegassen, de zogenaamde broeikasgassen, die voor de stralings- en energiehuishouding van het klimaatsysteem van groot belang zijn. Zij hebben de eigenschap infrarode straling te kunnen absorberen, waardoor meer energie aan het klimaatsysteem beschikbaar komt. Dit is het natuurlijke broeikaseffect dat er voor zorgt dat onze aarde bewoonbaar is.

Het broeikaseffect.
De laatste 150 jaar neemt de concentratie toe van broeikasgassen in de atmosfeer, vooral door de verbranding van fossiele brandstoffen. Daardoor wordt een groter deel van de door de aarde uitgezonden infrarode warmtestraling geabsorbeerd. Dit betekent dat extra energie in het klimaatsysteem wordt vastgehouden: de stralingsforcering neemt toe. Dit door mensen veroorzaakte —antropogene— broeikaseffect is een verstoring van het natuurlijke broeikaseffect. Gewoonlijk, en ook in dit rapport, wordt het antropogene broeikaseffect het "Broeikaseffect" genoemd.

Er is nauwelijks discussie over de grootte van zowel het natuurlijke als het antropogene broeikaseffect. De infrarood absorberende eigenschappen van de broeikasgassen zijn vrij nauwkeurig bekend. Ook de orde van grootte van de belangrijkste natuurlijke verstoringen, zoals variaties in de hoeveelheid binnenkomende zonnestraling en vulkaanuitbarstingen, is vrij zeker. Vergeleken met deze natuurlijke verstoringen is de verstoring van het natuurlijke broeikaseffect door de mens aanzienlijk.



Aan de andere kant zijn er ook verstoringen door menselijke activiteiten die het Broeikaseffect weer deels compenseren. Zo neemt, met name op het dichtbevolkte Noordelijk Halfrond, door stof- en zwaveluitstoot de concentratie toe van druppeltjes zwavelzuur en vaste deeltjes in de atmosfeer. Hierdoor wordt meer zonlicht rechtstreeks teruggekaatst.

De stralingsbalans van het klimaatsysteem.
Het klimaatsysteem ontvangt straling van de zon. Deze straling is kortgolvig (voornamelijk zichtbaar licht en ultraviolet) en bedraagt aan de rand van de atmosfeer 342 W/m2.

Van deze kortgolvige straling wordt 106 W/m² (ca. 31 %) direct teruggekaatst naar de ruimte. Het klimaatsysteem absorbeert dus de overblijvende 236 W/m² (ca. 69%) waarvan 79 W/m² aan de atmosfeer ten goede komt en de overige 157 W/m² door het aardoppervlak wordt opgenomen. Het klimaatsysteem zendt zelf weer 236 W/m² naar het heelal in de vorm van infrarode straling, maar het aardoppervlak zendt veel meer infrarode straling uit, en wel 393 W/m². De atmosfeer houdt dus zo'n 157 W/m² vast, voor een klein deel door wolken, voor het grootste deel door gassen als kooldioxyde, waterdamp en ozon die de eigenschap hebben infrarode straling te absorberen. Dit is het natuurlijk broeikaseffect.

Afgezien van de absorptie van zonnestraling is het broeikaseffect daarmee de belangrijkste energiebron van ons klimaatsysteem.
De stralingsbalans van de atmosfeer in W/m². Bron: J. Mitchell, U.K. Met Office
De stralingsbalans van de atmosfeer in W/m². Bron: J. Mitchell, U.K. Met Office


De stralingsbalans aan het aardoppervlak is ogenschijnlijk niet in even- wicht. Tegenover opname van 157 W/m² aan zonnestraling staat 393 W/m² aan uitgaande infrarode straling en nog eens 106 W/m² door verdamping en directe verwarming van de atmosfeer. Het tekort wordt gecompenseerd door infrarode straling die door de gassen en wolken weer naar de aarde worden teruggekaatst. Door toename van de concentratie van broeikasgassen komt meer energie voor het klimaatsysteem beschikbaar. Verdubbeling van de kooldioxyde concentratie geeft 4 W/m² extra. Geschat wordt dat alle broeikasgas-emissies tezamen tot nu toe het broeikaseffect met 2.5 W/m² hebben versterkt. De industriële uitstoot van zwavelverbindingen, voornamelijk op het Noordelijk Halfrond, leidt tot de vorming van aërosolen. Deze hebben een koelend effect dat op het Noordelijk Halfrond wordt geschat op 1 W/m² , maar de regionale variatie is erg groot. Op het Zuidelijk Halfrond is deze koeling verwaarloosbaar.

De afbraak van de ozonlaag.
Ozon vinden we voornamelijk in de stratosfeer, geconcentreerd in een laag tussen 14 en 40 km hoogte: de ozonlaag. Het heeft een bijzondere eigenschap: het absorbeert de voor het leven zo schadelijke overmaat aan ultraviolette straling van de zon.

De laatste jaren wordt een zorgelijk grote afbraak van ozon in de ozonlaag gemeten. Het ozongat dat eik jaar weer in oktober en november boven het Zuidpoolgebied optreedt spreekt het meest tot de verbeelding. Ook op gematigde breedten wordt echter een geleidelijke afbraak van de ozonlaag waargenomen. CFK's en Halonen, gassen die van nature niet in de atmosfeer voorkomen zijn hier met name schuld aan.

De potentiële gevolgen van het Broeikaseffect, de invloed van CFK's en Halonen op de ozonlaag en het abnormale gedrag van de temperatuur in Nederland in de afgelopen jaren, nopen tot zorgvuldige waarneming en analyse van weer, klimaat en ozonlaag.

Die gassen dragen ook bij aan het Broeikaseffect. Het Broeikaseffect en de afbraak van de ozonlaag staan alleen daardoor al niet los van elkaar.

Onlangs is ontdekt dat er meer, en complexe, verbanden tussen beide effecten zijn. Zo is gevonden dat de afbraak van de ozonlaag in de lage stratosfeer het Broeikaseffect deels compenseert. Omgekeerd zou de afkoeling van de stratosfeer het ontstaan van een ozongat boven het Noordelijk Halfrond kunnen bevorderen.

Gevolgen voor het mondiale klimaat.
Wat doet het klimaatsysteem nu met die verstoring van de energiebalans? De eenvoudigste manier om het evenwicht te herstellen is een temperatuurverhoging van het aardoppervlak. Bij verdubbeling van de kooldioxydeconcentratie zou die temperatuur met ruim 1 °C moeten toenemen.

Maar zó eenvoudig is het niet.

Terugkoppelingen in het complexe klimaatsysteem kunnen voor een verzwakking of versterking van de temperatuurtoename zorgen. Een bekend voorbeeld is de waterdampterugkoppeling. Door de temperatuurverhoging neemt de verdamping toe en stijgt de waterdampconcentratie in de atmosfeer. Waterdamp is een broeikasgas, zodat het broeikaseffect nog verder wordt versterkt. Dit is een positieve terugkoppeling.

Er zijn ook voorbeelden bekend van negatieve, het broeikaseffect tegenwerkende, terugkoppelingen. Bovendien wordt vermoed dat nog niet alle terugkoppelingsmechanismen bekend zijn, vooral die waarbij de biosfeer is betrokken.

Niettemin zijn er goede redenen om aan te nemen dat de mondiale temperatuur door de terugkoppelingen in het klimaatsysteem verder zal toenemen.

De toename van de mondiale temperatuur is overigens niet de enige, en welhaast zeker ook niet de belangrijkste klimaatgrootheid die bij het Broeikaseffect een rol speelt. De snelheid waarmee de temperatuur verandert heeft potentieel veel ernstiger gevolgen. Daarnaast zullen ook zeespiegelstijging, veranderingen in het wind- en neerslagklimaat, en vooral ook regionale klimaatveranderingen —die sterk van de mondiale veranderingen kunnen verschillen— een grote invloed hebben op de natuur en de samenleving.

Is het klimaat voorspelbaar?

Atmosfeer, oceaan, continenten, ijsmassa's en biosfeer vormen samen het klimaatsysteem. Eik van deze componenten is een dynamisch systeem dat een complex gedrag vertoont, d.w.z. dat ze door hun aard zeer gevoelig kunnen reageren op kleine verstorende impulsen. Het klimaat ontstaat als gevolg van een continue wisselwerking tussen deze componenten. De aard van deze wisselwerking is eveneens complex en voor een belangrijk deel nog onbekend, Ook de evolutiemogelijkheden van een dergelijk systeem zijn grotendeels onbekend.

Waarnemingen van het klimaatsysteem laten variaties zien op allerlei tijdschalen. Variaties van één tot enkele dagen worden veroorzaakt door het turbulente gedrag van de atmosfeer. Variaties op een termijn van maanden tot jaren zijn mede het gevolg van de oceanen met hun enorme warmtecapaciteit. Het complexe karakter van het systeem beperkt de voorspelbaarheid van deze variaties op een heel fundamentele wijze. Door een kleine verstoring kan het klimaat een heel andere wending nemen. Een voorbeeld is de kleine ijstijd die tussen 1500 en 1800 ook in ons land veel koude winters bracht. Dit was waarschijnlijk een natuurlijke en onvoorspelbare klimaatvariatie.

De zon is de drijvende kracht achter het klimaatsysteem. We kunnen uitrekenen hoe de zonne-energie die de aarde bereikt, op lange tijdschalen van tien- tot honderdduizenden jaren varieert. Er blijkt een duidelijk verband te bestaan tussen deze variaties en het optreden van ijstijden. Hoewel de precieze keten van oorzaak en gevolg nog niet duidelijk is, lijkt het ontstaan en verdwijnen van ijstijden tot op zekere hoogte voorspelbaar. Niet alles is onvoorspelbaar in het klimaatsysteem!

Of klimaatveranderingen veroorzaakt door het Broeikaseffect voorspelbaar zijn, weten we niet. We hebben goede redenen om aan te nemen dat de wereldwijd gemiddelde temperatuur en de zeespiegel zullen stijgen. Maar hoe het klimaat in een gebied ter grootte van West-Europa zal veranderen weten we niet. Op grond van het gedrag van simpele dynamische systemen kunnen we wel iets zeggen. Zo lijkt het onwaarschijnlijk dat het overal gelijkmatig warmer wordt. Het lijkt veeleer aannemelijk dat warme weertypen wat vaker zullen voorkomen en koude wat minder. Dat betekent dat we ook in een broeikasklimaat nog koude winters kunnen verwachten. Maar het is ook denkbaar dat het, terwijl het gemiddeld over de aarde warmer wordt, in Nederland gemiddeld juist kouder wordt. Bijvoorbeeld doordat 's winters weertypen met oostenwind vaker voorkomen, of, wat veel dramatischer zou zijn, doordat op de lange duur de Golfstroom een andere koers gaat volgen en geen warm water meer naar West-Europa transporteert.

Verder onderzoek is nodig om de eigenschappen van complexe systemen beter te leren begrijpen en om de gevoeligheid van ons klimaat voor verstoringen te bepalen. Omdat we nu niet en misschien wel nooit kunnen voorspellen hoe het klimaat van West-Europa door het broeikaseffect zal veranderen, zit er voorlopig niets anders op dan het klimaat zorgvuldig te bewaken en de vinger aan de pols te houden.

Het lntergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
Het IPCC —opgericht door de Verenigde Naties— heeft alle relevante kennis, feiten en onzekerheden, verzameld en op grond daarvan samengevat wat we over het klimaat van de volgende eeuw kunnen zeggen.
Het IPCC komt onder meer tot de conclusie dat het Broeikaseffect zeker zal leiden tot een wereldwijde temperatuurstijging in de onderste laag van de atmosfeer, de troposfeer. Daarentegen zal in de hogere atmosfeer, de stratosfeer, de temperatuur juist dalen. Bij ongewijzigd beleid zal de temperatuurstijging aan het aardoppervlak, rond het jaar 2025 ongeveer 1 °C zijn ten opzichte van de huidige temperatuur. Tegen het einde van de volgende eeuw wordt de stijging geschat op zo'n 3 °C met een onzekerheidsmarge tussen 2 °C en 5 °C. Zo'n snelle temperatuurstijging heeft de aarde de laatste 10.000 jaar niet meegemaakt. Ook de neerslag en verdamping zullen wereldwijd toenemen.

Het IPCC stelt ook vast dat er over regionale klimaatveranderingen, in gebieden ter grootte van bijvoorbeeld West-Europa, nog veel grotere onzekerheden bestaan. Over een klimaatverandering in Noordwest-Europa, waaronder ook Nederland valt, is niets met zekerheid te zeggen.

Er zijn wel aanwijzingen dat de temperatuurstijging in Zuid-Europa en het centrale deel van Noord-Amerika groter zal zijn dan wereldwijd gemiddeld, gepaard gaand met minder neerslag in de zomer. Meer dan vage aanwijzingen zijn dit echter niet.

Het IPCC heeft zijn bevindingen neergelegd in twee rapporten:

  • Climate Change: The IPCC Scientific Assessment, J.T. Houghton et.al. Cambridge University Press, 1990.
  • Climate Change 1992: The Supplementary Report to The IPCC Scientific Assessment, J.T. Houghton et.al., Cambridge University Press, 1992.