| |
Klimaat
Veelgestelde vragen
Scenario's
Weer
en klimaat zijn twee verschillende zaken met een heel eigen mate van voorspelbaarheid.
Voor de weersverwachting dient men de ontwikkeling van de weersystemen heel precies
te volgen en deze ontwikkeling hangt zeer nauw samen met de begintoestand van
de atmosfeer ofwel de ligging van weersystemen waarmee het weermodel de berekeningen
start. Een klimaatverwachting doet een uitspraak over het gemiddelde weer (= klimaat)
in de relatief verre toekomst.
Het gaat er dan niet om of het regent
op 1 april 2050, maar hoe groot de kans is op een bepaalde hoeveelheid regenval
in april rond dat jaar. Het klimaatsysteem is zonder twijfel een complex systeem,
dat zich zeer verrassend kan gedragen. Er is echter geen bewijs dat het een chaotisch
systeem in de strikte zin van het woord is. Daarom kunnen er toekomstverwachtingen
gemaakt worden. Modellen produceren weliswaar onvoorspelbare jaarlijkse fluctuaties,
maar de belangrijkste uitkomsten vormen de trends voor de komende decennia en
eeuwen.
Weersverwachting Voor de weersverwachting
dien je de ontwikkeling van de weersystemen heel precies te volgen. Die ontwikkeling
hangt zeer nauw samen met de begintoestand van de atmosfeer. Elk computermodel
start zijn berekening met die begintoestand. Een kleine afwijking daarin, bijvoorbeeld
door een onjuiste meting, kan al na een aantal dagen tot grote afwijkingen in
de berekende positie en/of de kerndruk van een depressie leiden. We noemen dit
‘foutengroei’, hetgeen kenmerkend is voor het chaotisch gedrag van de
atmosfeer. De precieze positie en timing van de druksystemen zijn van belang voor
het weerbeeld van dag tot dag.
Het chaotische gedrag van de atmosfeer
leidt dus tot een beperkte voorspelbaarheidhorizon; de maximale termijn waarvoor
het weer te voorspellen is. Theoretisch ligt de voorspelbaarheidhorizon rond de
drie weken. In de praktijk is deze termijn korter door meetfouten, de lage dichtheid
van het waarnemingsnetwerk en door de onvolmaaktheid van de computermodellen waarmee
de weersverwachting gemaakt wordt. Hierdoor varieert de praktische voorspelbaarheidhorizon
tussen enkele dagen en ruim een week.Klimaatverwachting Het
weerbeeld gemiddeld over een aantal jaren (klimaat) en de variaties daarin zijn
veel minder gevoelig voor de begintoestand van de atmosfeer (figuur 1 en 2 voor
respectievelijk de mondiale en regionale temperatuurontwikkeling) en de oceaan
(Selten et al., 2004; Smith et al., 2007). Ze hangen veel meer samen met de algemene
circulatie, die aangedreven wordt door de energiestromen in het klimaatsysteem.
Een computermodel van de atmosfeer genereert bij gelijkblijvende randvoorwaarden,
zoals inkomend zonlicht, reflecterend vermogen van de planeet en atmosferische
samenstelling, dezelfde statistieken en dus hetzelfde klimaat, ongeacht de weersituatie
waarmee de simulatie is begonnen. Voorwaarde is wel dat je een voldoende groot
gebied beschouwt en de periode waarover je een gemiddelde berekent, lang genoeg
is. In de klimatologie wordt als standaard uitgegaan van een gemiddelde over een
periode van 30 jaar.Het Challenge experiment
Het
Dutch Challenge
Project, dat in 2003 is uitgevoerd door het Centrum voor Klimaatonderzoek
(CKO; een samenwerkingsverband tussen het KNMI, het RIVM en het IMAU) laat goed
zien hoe voorspelbaarheid van het weer zich verhoudt tot die van het klimaat.
Met behulp van het Amerikaanse klimaatmodel Community Climate System
Model (CCSM) zijn voor de periode 1940-2080 62 verschillende simulaties uitgevoerd.
Het CCSM simuleert de evolutie van het mondiale klimaatsysteem. In dit model worden
naast het weer, de mondiale stromingen in de oceaan, de vorming van zeeijs en
allerlei landprocessen als sneeuwbedekking en bodemvocht gesimuleerd. Voor de
periode 1940 tot 2000 zijn de klimaatvariaties berekend aan de hand van de hoeveelheid
zonnestraling, geschatte concentraties van vulkanische aërosolen en menselijke
sulfaataërosolen en concentraties van diverse broeikasgassen (CO2, CH4, N2O
en CFK’s). Voor de periode 2000 tot 2080 veranderen alléén
de concentraties broeikasgassen(door menselijke activiteiten) volgens een toekomstscenario
waarin het gebruik van fossiele brandstoffen onverminderd toeneemt.
De
62 simulaties verschillen onderling, omdat elke simulatie start met een iets andere
maar even waarschijnlijke begintoestand van 1 januari 1940. Deze kleine afwijkingen
van de begintoestand leiden binnen een aantal weken tot volslagen andere weerpatronen,
doordat de atmosferische circulatie chaotisch gedrag vertoont. Dit betekent dat
de jaar- en wereldgemiddelde temperatuur niet precies voorspelbaar zijn, maar
ergens in de puntenwolk uitkomen (figuur 1). De puntenwolk beweegt echter mee
met de lange termijn veranderingen opgelegd door natuurlijke en/of menselijke
verstoringen (forceringen) van het klimaat. Op kleinere schaal (figuur 2) wordt
de ruis van het weer groter, maar ook hier beweegt de puntenwolk mee met de opgelegde
forceringen.
Figuur
1: Wereldgemiddelde temperatuur van alle 62 simulaties (lichte kruisjes) in het
“Challenge Project” op basis van CCSM, de waarnemingen (donkere stippen)
en het gemiddelde van de simulaties (zwarte lijn). Van 1940 tot 2003 zijn de natuurlijke
en menselijke forceringen opgelegd. Daarna alleen de menselijke invloed volgens
een toekomstscenario van broeikasgassen.
Bron: Geurts & van Dorland (2005). |
Figuur
2: Zomertemperatuur in roosterpunt De Bilt van 62 simulaties (lichte kruisjes),
van waarnemingen op weerstation De Bilt (zwarte stippen) en van het gemiddelde
van de simulaties (zwarte lijn). Grote jaar op jaar fluctuaties zijn te zien in
zowel de gesimuleerde als de gemeten temperatuurreeks op weerstation De Bilt.
Deze fluctuaties zijn grotendeels toevallig; het gemiddelde van alle simulaties
gedraagt zich veel kalmer. Het effect van de grote vulkaanuitbarstingen (zoals
de Pinatubo in 1991) is nauwelijks terug te zien. Vanaf de jaren negentig is wel
een stijging zichtbaar in zowel de gesimuleerde als de gemeten tijdreeksen. Volgens
deze berekeningen stijgt de temperatuur in onze streken net zo snel als de wereldgemiddelde
temperatuur, ongeveer 1,5 graad in de komende 80 jaar als gevolg van de toename
in concentraties broeikasgassen.
Bron: Geurts & van Dorland (2005).Voorspelbaarheidverschillen
tussen weer en klimaat
Dus ondanks het feit dat het weer van dag tot dag chaotisch
is en daarmee onvoorspelbaar op een termijn van enkele weken, zijn de verandering
van weerstatistieken en daarmee het klimaat binnen bepaalde grenzen wel voorspelbaar.
Het chaotische karakter van het klimaat valt mee; bijvoorbeeld de afwisseling
van de seizoenen, de daling van de wereldtemperatuur na een grote vulkaanuitbarsting
en de invloed van zonnestraling op het systeem zijn voorspelbaar.
In
het voorspelbaarheidonderzoek wordt onderscheid gemaakt tussen twee typen van
voorspellingen, die van de eerste en die van de tweede soort. Bij het weer is
er sprake van ‘voorspelbaarheid van de eerste soort’, waarbij timing
en locatie van de weersystemen van belang zijn. Dit is een beginwaardeprobleem.
Bij het klimaat hebben we te maken met ‘voorspelbaarheid van de tweede soort’,
waarbij alleen het veranderen van weerstatistieken een rol speelt. Dit is een
randwaardeprobleem, dus afhankelijk van opgelegde randvoorwaarden, zoals samenstelling
van de atmosfeer en de hoeveelheid invallend en/of gereflecteerd zonlicht.
Lineair gedrag en klimaatverrassingen Uit waarnemingen
en modelexperimenten blijkt dat gemiddeld over de aardbol het klimaatsysteem op
een termijn van eeuwen zich nagenoeg lineair gedraagt. Als bijvoorbeeld een tweemaal
zo grote verstoring optreedt in het zonlicht dat de aarde ontvangt, is het effect
ook tweemaal zo groot. Dit suggereert dat er voor klimaatvoorspellingen, in tegenstelling
tot de weersverwachting, geen voorspelbaarheidhorizon bestaat.
De afgelopen
jaren groeit wel het besef dat het klimaatsysteem door zijn complexiteit toch
verrassingen in petto kan hebben, zoals relatief snelle veranderingen in de oceaancirculatie
of het in snel tempo vrijkomen van grote hoeveelheden broeikasgassen als gevolg
van de opwarming. Hierdoor kan de lineaire relatie tussen oorzaak en gevolg doorbroken
worden en wordt het moeilijker om met modellen klimaatverwachtingen te maken.
Dit inzicht is gebaseerd op paleoklimatologisch onderzoek en modelstudies.
De kans op dit soort verrassingen neemt toe naarmate de verstoringen van het
klimaat groter worden. Het onderzoek naar de voorspelbaarheid van het klimaat
is dus nog volop in beweging en bevat onzekerheden. Laatste update: 23
september 2011 Meer
lezen:
Centrum
voor Klimaatonderzoek (CKO)
Climate
Prediction Project
Community
Climate System Model (CCSM)
Het
Dutch Challenge ProjectReferenties:
Geurts,
H. en Dorland, R. van, Klimaatverandering, Wat is er aan de hand met het weer
in Nederland en België, Teleac, KNMI, Kosmos-Z&K Uitgevers, Utrecht/Antwerpen,
pp. 1-128, 2005.
Selten,
F.M., G.W. Branstator, H.A. Dijkstra and M. Kliphuis, Tropical origins for recent
and future Northern Hemisphere climate change, Geophysical Research Letters, 31,
L21205, doi:10.1029/2004GL020739, pp. 1-4, 2004.
Smith,
D.M., S. Cusack, A.W. Colman, C.K. Folland, G.R. Harris, J.M. Murphy, Improved
surface temperature prediction for the coming decade from a global climate model,
Science, pp. 796- 799, 2007.
|
|
|
