Fijnstof in de atmosfeer heeft invloed op het klimaat, maar het blijft een uitdaging om veranderingen hierin goed mee te nemen in klimaatmodellen. Met KNMI-onderzoek wordt de beschrijving van fijnstof in het mondiale klimaatmodel EC-Earth verbeterd.
Fijnstof in de atmosfeer beïnvloedt de stralingsbalans van de aarde zowel direct, vooral door verstrooiing en absorptie van zonlicht, als op verschillende indirecte manieren. Zo is de vorming en het uitregenen van wolken afhankelijk van de hoeveelheid fijnstof in de atmosfeer. Fijnstof bestaat uit vloeibare of vaste deeltjes, die sterk kunnen variëren qua grootte, vorm, structuur en chemische samenstelling. Fijnstof heeft belangrijke natuurlijke bronnen, maar wordt ook door industriële activiteiten en landbouw veroorzaakt. Een deel wordt als deeltjes uitgestoten, een ander deel wordt pas in de atmosfeer gevormd door nucleatie of condensatie van reactieve gassen als zwavelzuur, ammoniak en vluchtige koolwaterstoffen.
Vanwege de relatief korte levensduur van fijnstof en de gassen waaruit fijnstof gevormd wordt, variëren de concentraties van de verschillende fijnstofcomponenten sterk per locatie en hoogte in de atmosfeer. De klimaatforcering die wordt veroorzaakt door veranderingen in fijnstofconcentraties heeft daardoor een sterk regionaal karakter. Op mondiale schaal heeft de industrialisatie en de toename van de hoeveelheden fijnstof die hiermee gepaard ging de opwarming naar alle waarschijnlijkheid vertraagd, maar we weten niet goed in welke mate.
Nog steeds is fijnstof de belangrijkste onzekere factor als het gaat om de forcering van klimaatverandering. Deze onzekerheid bepaalt grotendeels de nauwkeurigheid waarmee we de gevoeligheid van het klimaat voor een toename in de concentraties van langlevende broeikasgassen als CO2 kunnen bepalen uit historische temperatuurreeksen.
Het berekenen van de concentraties en klimaateffecten van fijnstof in een model is complex en gebaseerd op vele aannames, zelfs in de meest geavanceerde modellen. In dit project hebben we een aantal van de aannames die in het mondiale aerosolmodel TM5 gemaakt worden tegen het licht gehouden en verschillende aspecten van het model proberen te verbeteren. De concentraties van fijnstof zijn hierdoor een stuk hoger geworden dan in eerdere versies van het model.
In vergelijking met schattingen afgeleid uit satellietmetingen wordt de optische dikte van het fijnstof op veel plaatsen nog steeds onderschat (zie figuur 1), maar veel minder dan voorheen. Een deel van de modelbias wordt veroorzaakt door de emissies die in de berekeningen gebruikt worden. Lage emissies verklaren waarschijnlijk een aanzienlijk deel van de onderschatting in India en in het deel van Rusland dat in de zomer van 2010 wekenlang geteisterd werd door enorme bosbranden.
We hebben in dit MSO-project (Meerjarig Strategisch Onderzoek) ook gewerkt aan de verdere integratie van TM5 in het mondiale klimaatmodel EC-Earth (Van Noije et al., Geosci. Model Dev., 2014). In het bijzonder hebben we het fijnstof van TM5 gekoppeld aan de stralingsberekeningen van EC-Earth. Als voorbeeld laat figuur 2 zien hoe de stralingsfluxen in het model veranderen door de aanwezigheid van (natuurlijk plus antropogeen) fijnstof.
Hiermee zijn belangrijke stappen gezet in de ontwikkeling van een EC-Earth3-versie (EC-Earth3-AerChem) met een interactieve beschrijving van fijnstof en atmosferische chemie. Op dit moment wordt er in internationaal verband gewerkt aan de beschrijving van de vorming van organisch fijnstof en de interactie tussen fijnstof en wolken. EC-Earth3-AerChem zal in de komende jaren worden ingezet om de verschillende bijdragen van fijnstof en andere kortlevende stoffen aan de klimaatforcering en –respons te schatten, als onderdeel van CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 6).