Hoe gevoelig is het klimaat?

De aarde warmt waarschijnlijk tussen 2,5 en 4 graden op als de CO2-concentratie verdubbelt, met als beste schatting 3 graden. Tot deze conclusie komt het IPCC in het net verschenen zesde klimaatrapport. In 1979 werd in het Amerikaanse Charney rapport (“Carbon Dioxide and Climate: A Scientific Assessment”) de zogenoemde klimaatgevoeligheid geschat op 1,5 tot 4,5 graden en ook het laatste IPCC rapport uit 2013 kwam op dezelfde schatting. Inmiddels is de waargenomen opwarming zo sterk dat het IPCC concludeert dat de klimaatgevoeligheid vrijwel zeker groter is dan 1,5 graad en heel waarschijnlijk groter dan 2 graden. Dat maakt de urgentie om tot een snelle reductie van de uitstoot van broeikasgassen te komen alleen maar groter.

CO2 mogelijk verdubbeld in 2060

De CO2-concentratie is sinds het begin van de industriële revolutie gestegen van 280 ppm naar 415 ppm. Dit is de hoogste waarde sinds zeker 800.000 jaar (figuur 1). Volgens het IPCC moeten we er serieus rekening mee houden dat een verdubbeling tot 560 ppm in 2060 een feit is. Tot hoeveel opwarming dat zal leiden is afhankelijk van de klimaatgevoeligheid van de planeet.

Methodes om klimaatgevoeligheid te bepalen

De klimaatgevoeligheid laat zich op drie manieren bepalen die elk hun eigen onzekerheid hebben:

1. Klimaatmodellen: rekenen op basis van de natuurwetten en gemeten relaties uit hoe het klimaat reageert als de CO2-concentratie wordt verhoogd. De klimaatgevoeligheid volgt uit deze berekeningen. Grootste onzekerheid is de beschrijving van wolken in deze modellen en daardoor hoe wolken reageren op de opwarming. Daarom geven de modellen een grote spreiding in klimaatgevoeligheid. 
2. Instrumenteel: de pakweg 100 jaar aan wereldwijde temperatuurmetingen en schattingen van het verloop van de factoren die het klimaat beïnvloeden, zoals zonnestraling, stofdeeltjes (aerosolen) en broeikasgas concentraties,  maken het mogelijk de klimaatgevoeligheid te schatten. Grootste onzekerheid is dat het koelende effect van aerosolen niet heel goed bekend is.
3. Paleo: onderzoek van oude aardlagen en ijsmassa’s hebben reconstructies opgeleverd van klimaten uit het verre verleden met bijbehorende klimaatfactoren zoals de CO2-concentratie. Op basis hiervan is een schatting te maken van de klimaatgevoeligheid. De nauwkeurigheid wordt beperkt door de onzekerheid in het gereconstrueerde klimaat en de bijbehorende klimaatfactoren.

Door de genoemde onzekerheden lopen de schattingen van klimaatgevoeligheid ver uiteen. Figuur 2 laat zien dat ondanks 40 jaar aan wetenschappelijk onderzoek en honderden studies de bandbreedte nog altijd ongeveer hetzelfde is. Door echter de verschillende methodes te combineren, is het mogelijk om de onzekerheid te verkleinen. 

Lage klimaatgevoeligheid niet te rijmen met waargenomen opwarming

Door met klimaatmodellen klimaten uit het verleden door te rekenen en deze te vergelijken met de metingen kunnen conclusies getrokken worden over de klimaatgevoeligheid. Zo zijn modellen met een lage klimaatgevoeligheid alleen in staat de temperatuurstijging over de afgelopen eeuw te simuleren, als het koelende effect van aerosolen onrealistisch klein wordt gekozen. Modellen met een lage klimaatgevoeligheid geven ook niet genoeg afkoeling in simulaties van het klimaat tijdens het maximum van de laatste ijstijd ruim 20.000 jaar geleden. 

Effect van wolken op klimaatgevoeligheid beter bekend

Uit satellietmetingen van wolken en processtudies weten we inmiddels dat de spreiding in de klimaatgevoeligheid van de klimaatmodellen voornamelijk wordt bepaald door het effect van lage wolken op de zonnestraling: in een warmer klimaat vermindert de bedekkingsgraad van lage wolken en reflecteren ze minder zonnestraling zodat de opwarming wordt versterkt. Het blijkt dat de lage wolken in modellen met een lage klimaatgevoeligheid te weinig reageren op een temperatuurverandering. De nieuwste generatie klimaatmodellen (CMIP6) geeft een grotere spreiding in klimaatgevoeligheid (1.8-5.6 ℃) dan de vorige generatie klimaatmodellen (CMIP5; 2.1-4.7 ℃). Inmiddels is duidelijk dat het wolkeneffect te sterk is in de modellen met hoge klimaatgevoeligheid. 

Grootste onzekerheid is toekomstige uitstoot

Op welke temperatuur de planeet gaat uitkomen aan het eind van deze eeuw hangt af van hoeveel CO2 we nog gaan uitstoten. Daarvoor zijn verschillende scenario’s uitgewerkt. De onzekerheid in de toekomstige uitstoot geeft een grotere spreiding in de temperatuur in het jaar 2100 dan de onzekerheid in de klimaatgevoeligheid (figuur 3). Verdere opwarming van de planeet kan worden tegengegaan door de uitstoot van CO2 zo snel mogelijk tot nul te reduceren.

KNMI-klimaatbericht door Jos de Laat en Frank Selten