Klimaatwetenschap De realiteit van een opwarmende aarde. Prof. Nicole van Lipzig

Transcriptie

1 Klimaatwetenschap De realiteit van een opwarmende aarde Prof. Nicole van Lipzig OPEN LEZING IN HET KADER VAN DE KLIMAATTOP IN KOPENHAGEN 17 November 2009

2 INHOUD De mens be nvloedt het systeem aarde De opwarming van de aarde Maar klimaatverandering is meer dan alleen opwarming Wat is er bewezen, en waar bestaat nog onzekerheid over? Hoe komt de wetenschappelijke wereld tot een consensus?

3 De mens be nvloedt het systeem aarde verbranding fossiele brandstoffen ontbossing watergebruik (fossiele watervoorraden) landbouw visvangst en biodiversiteit..

4 De mens be nvloedt het systeem aarde Het gat in de ozonlaag: het eerste onomstotelijke bewijs dat de mens de aarde op mondiale schaal kan veranderen TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer)

5

6 De mens be nvloedt het systeem aarde -Het staat vast dat de mens verantwoordelijk is voor de waargenomen toename in CO 2 door verbranding van fossiele brandstoffen en het afbranden van bossen -We stoten elk jaar 30 GtCO 2 uit in de atmosfeer -Natuurlijke systemen (oceaan & vegetation) absorberen pakweg 15 GtCO 2 /year (output) Maar we produceren sneller dan dat oceaan en biosfeer het kunnen opnemen

7 De mens be nvloedt het systeem aarde CO 2 concentratie wordt gemeten in ppm (parts per million) Het was 280 ppm voor de industriele revolutie en nu 386 ppm Gedurende de laatste jaar bleef het tussen 180 en 300 ppm CO 2 2 amount (ppmv) South Pole Air Samples Law Dome Ice Core Data Vostok Ice Core Data , ,00-350, , , ,00-200, ,00-150, , ,00-50, , , , ,000 Courtesy British Antarctic Survey Years before present Year (AD)

8 De mens be nvloedt het systeem aarde IPCC 2007

9 De mens be nvloedt het systeem aarde -Additional evidence that recent changes are due to human activity? -CO 2 produced from fossil fuels or burning forest has quite a different isotopic composition ( 13 C/ 12 C ratio of atmosphere decreases) -At no time in the last years are 13 C/ 12 C ratio as low as today 13 C/ 12 C ratio decline as the CO2 starts to increase around 1850 AD Full glacial to interglacial change in 13 C/ 12 C was about 5 times less to what we observed in the last 150 years

10 Aërosolen hebben de opwarming door broeikasgassen gemaskeerd Aërosols emissions industry Dust Soot Sulphates Sea salt Organic aërosol dust storms agriculture forest fires

11 Aërosolen hebben de opwarming door broeikasgassen gemaskeerd CO 2 molecule has an average lifetime of 100 years Aërosols have an average lifetime of 10 days Æ Emission sources play a much larger role: see smog episodes in Brussels dust storms agriculture forest fires

12 Largers radiative forcing by aërosolen cloud albedo effect Cloud droplets form by heterogenic nucleation

13 Hoe zit het dan met natuurlijke variaties? Zonneactiviteit Maximum in zonnevlekken: 0.1% meer energie uitgezonden door de zon Æ temperatuursverandering op aarde van <0.1 C : Maunder minimum Æ kleine ijstijd We hebben een maat nodig om verschillende forceringen met elkaar te vergelijken Stralingsforcering

14 Systeem zonder stralingsforcering Net incoming radiation The climate system: atmosphere, hydrosphere, cryosphere, biosphere, lithosphere Net outgoing radiation In steady-state the net incoming radiation is equal to the net outgoing radiation Æ the global mean temperature of the climate system is constant Definition: Climate = average state of that system, in particular of the weather over 30 years, + variability around this mean

15 Systeem met stralingsforcering Net incoming radiation The climate system: atmosphere, hydrosphere, cryosphere, biosphere, lithosphere When the net incoming radiation is not equal to the net outgoing radiation the global mean temperature of the climate system will change Æ We refer to this process as climate change Net outgoing radiation

16 stralingsforcering We study this by the radiative forcing S: radiation from the sun; L: infrared radiation emitted by surface and atmosphere Radiative forcing: the imbalance (S-L) at the top of the atmosphere before the temperature of the earth is adjusted

17 stralingsforcering Stralingsforcering (W m -2 ) in 2005 IPCC 2007

18 INHOUD De mens be nvloedt het systeem aarde De opwarming van de aarde Maar klimaatverandering is meer dan alleen opwarming Wat is er bewezen, en waar bestaat nog onzekerheid over? Hoe komt de wetenschappelijke wereld tot een consensus?

19 De opwarming van de aarde De opwarming van de aarde is iets van alle tijden er waren in het verleden periodes waar het warmer was dan nu ijstijden traden op: -700, -300, - 2 miljoen jaar geleden het systeem aarde veranderde drastisch: maar toen waren we niet met zovelen Indicatie van temperatuur en neerslag verloop gedurende de afgelopen 2000 miljoen jaar

20 De opwarming van de aarde tilt = inclinatie rotatie-as van de aarde Mechanismen: Platen tektoniek Meteorieten Vulkaanactiviteit Zonneactiviteit Variaties in de baan van de aarde

21 De opwarming van de aarde tilt = inclination rotation-axis earth Obliquiteit varieert met een periode van jaar Op dit moment is de obliquiteit 23.5 Kleinere hoek: Æ Minder verschil zomer en winter ÆMeer sneeuwval in de winter en minder smelt in de zomer ÆIjskappen kunnen groeien ÆAlbedo stijgt ÆNetto input energie van de zon daalt ÆAfkoeling van de aarde

22 De opwarming van de aarde Positieve terugkoppeling versterkt de klimaatforcering Decrease obliquity More snow on land Lower albedo Lower temperatures snow, icecaps, sea-ice Albedo feedback Lower albedo Even lower temperatures

23 Hoe zit het dan met de link tussen CO2 en temperatuur?

24 Hoe zit het dan met de link tussen CO2 en temperatuur? Oldest Antarctic Ice Core Reveals Climate History ScienceDaily (Jun. 11, 2004) Secrets of the Earth's past climate locked in a three-kilometre long Antarctic ice core are revealed this week in the journal Nature. The core from Dome C, high on East Antarctica's plateau, contains snowfall from the last 740,000 years and is by far the oldest continuous climate record obtained from ice cores so far. C Gilbert

25 CH 4 (right axis) CO 2 0 (left axis) 0 4x10 5 3x10 5 2x10 5 1x10 5 Years BP (before present) 200 CO2 CO2 amount / ppmv Methane CH4 / amount ppbv Hoe zit het dan met de link tussen CO2 en temperatuur? an 400, , , ,000 0 Estimated T difference from today from today / o C/ qc

26 Hoe zit het dan met de link tussen CO2 en temperatuur? 1. There is a close link between climate and greenhouse gases 2. We understand the physical mechanism Greenhouse effect: discovered by Joseph Fourier (1824) investigated quantitatively by Svante Arrhenius (1896) Svante Arrhenius developed a theory to explain the ice ages, and was the first to hypothise that changes in the levels of carbon dioxide in the atmosphere could substantially alter the surface temperature through the greenhouse effect

27 Hoe zit het dan met de link tussen CO2 en temperatuur?

28 Hoe zit het dan met de link tussen CO2 en temperatuur? 11 van de laatste 12 jaar zeer warm 100 jaar trend ( ) 0.74 C/100 jaar 50 jaar trend ( ) 0.65 C/50 jaar IPCC 2007 Lijnen: 10-jaar gem; punten: jaargem Blauwe schaduw: onzekerheid Gem temperaturen in de NH gedurende de laatste 50 jaar waarschijnlijk hoger dan welke periode dan ook gedurende de laatste 1300 jaar

29 Hoe zit het dan met de link tussen CO2 en temperatuur? 1. global mean temperature increase provides an important common metric for analysis of many climate change impacts (IPCC) 2. T between 1 and 2 C: impacts on ecosystems and water resources / T between C: negative impacts on global food production 3. In order to have a 50% chance of keeping T<2 C, atmospheric GHG concentrations must stabilise below 450ppm CO2 equivalence. Stabilisation below 400ppm will increase the probability to roughly 66% to 90%. 4. Nevertheless, emissions have risen at 3% per year in the 17 years since the 1992 Earth Summit 5. Since the late 1990s, greenhouse gas emissions have increased at close to the most extreme IPCC scenarios, meaning that rates of warming will be faster than most people expect

30 INHOUD De mens be nvloedt het systeem aarde De opwarming van de aarde Maar klimaatverandering is meer dan alleen opwarming Wat is er bewezen, en waar bestaat nog onzekerheid over? Hoe komt de wetenschappelijke wereld tot een consensus?

31 Veranderingen in atmosfeercirculatie Veranderingen in de temperatuur van oceaan en atmosfeer leiden tot veranderingen in atmosfeercirculatie Regionale klimaatveranderingen (temperatuur, hydrologie, )

32 Veranderingen in atmosfeercirculatie Toename in westenwinden leidt tot een toename in temperatuur aan de lijzijde van de berg (Föhn-effect)

33 Een van de regio s op aarde Met zeer sterke temperatuursstijging Veranderingen in atmosfeercirculatie

34 Veranderingen in atmosfeercirculatie Larsen Ice Shelf January 2002 MODIS beelden van NASA s Terra satellite, National Snow and Ice Data Center, University of Colorado, Boulder

35 Veranderingen in atmosfeercirculatie 17 February 2002

36 Veranderingen in atmosfeercirculatie 23 February 2002

37 Veranderingen in atmosfeercirculatie 05 March 2002

38 Veranderingen in atmosfeercirculatie Atmosfeerdynamica bepaalt de regionale verschillen en dat is wat we merken. Wij voelen geen mondiaal gemiddelde België ligt op overgangszone Afname in neerslag in gebieden met waterstress

39 Veranderingen in atmosfeercirculatie Waterstress: ratio tussen afname van water en beschikbaarheid 20e eeuw: bevolking verdriedubbeld; watergebruik verzesdubbeld één op de zes mensen geen veilig drinkwater zoetwater is gelimiteerd Afname in neerslag in gebieden met waterstress

40 INHOUD De mens be nvloedt het systeem aarde De opwarming van de aarde Maar klimaatverandering is meer dan alleen opwarming Wat is er bewezen, en waar bestaat nog onzekerheid over? Hoe komt de wetenschappelijke wereld tot een consensus?

41 Hoe om te gaan met onzekerheden Uit het voorgaande blijkt dat de wetenschap duidelijk de urgentie onderstreept om tot drastische emmissiereductie over te gaan Maar wetenschappers hebben ook geen glazen bol en er zitten grote onzekerheden op de projecties voor de toekomst. Echter dit kan geen excuus zijn: Grote verzekeraars doen al tientallen jaren aan klimaatonderzoek Dit in het achterhoofd houdende waar zitten nu die onzekerheden?

42 ONZEKERHEDEN Emissiescenarios zijn onzeker Er is onzekerheid in de respons van het systeem voor een opgelegde forcering Modellen zijn een benadering van de werkelijkheid De sterkte van de verschillende terugkoppelingen Sneeuw/ijs & albedo Methaan & permafrost Wolken Kever & bossen & koolstof

43 A1: Snelle economische groei en nieuwe technologieën A1FI: Fossiel intensief A1T: Niet-fossiele energie bronnen A1B: Balans tussen verschillende bronnen A2: Heterogene wereld B1: Service en informatie economie; schone technologieën Hoe om te gaan met onzekerheden Klimaatprojecties voor de toekomst IPCC gebruikt emissie Scenario s uit SRES (Special Report on Emissions) B2: Nadruk op locale oplossingen voor economische, sociale en milieu duurzaamheid

44 Hoe om te gaan met onzekerheden Toekomstige klimaatprojecties: mondiale schaal IPCC C in compared to cm in compared to

45 Beheersbaarheid van het klimaatsysteem Het aardsysteem is complex en de gevolgen van grootschalig ingrijpen zijn moeilijk te voorzien x algen nemen tijdens hun leven CO2 op x als ze doodgaan, zinkt hun skelet (waarin het omgevormde gas is opgeslagen als CaCO3 (Calciumcarbonaat of kalk)) naar de zeebodem x algen hebben ijzer nodig om te groeien Het Duitse schip POLARSTERN van het Alfred Wegener Instituut voor Poolonderzoek: x kust van Zuid-Amerika: een gebied van 300 vierkante kilometer (20 ton) ijzersulfaat in de oceaan gemixt

46 Beheersbaarheid van het klimaatsysteem x het experiment leek te lukken: in twee weken tijd verdubbelde het aantal algen x echter roeipootkreeftjes zorgden ervoor dat de groei van de algen tot stilstand kwam Overview picture of the plankton community three weeks after iron fertilization. Typical species of Southern Ocean diatoms dominate the iron induced bloom. photo: Philipp Assmy, Alfred Wegener Institute

47 INHOUD De mens be nvloedt het systeem aarde De opwarming van de aarde Maar klimaatverandering is meer dan alleen opwarming Wat is er bewezen, en waar bestaat nog onzekerheid over? Hoe komt de wetenschappelijke wereld tot een consensus?

48 Hoe komt de wetenschappelijke wereld tot een consensus? IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change Opgericht door de WMO (World Meteorological Organisation) en UNEP (United Nations Environment Programme) in Doel: een beoordeling van de stand van zaken in het wetenschapsdomein van klimaatverandering, impact en aanpassing en mitigatie opties - -Gepubliseerde consensus rapporten (1990, 1996, 2001, 2007) (Cambridge University Press) -Web :

49 Hoe komt de wetenschappelijke wereld tot een consensus? -Drie werkgroepen -WG1: Physical basis for climate change -WG2: Impacts, adaptation & vulnerability -WG3: Mitigation (emission reductions)

50 Hoe komt de wetenschappelijke wereld tot een consensus? Werkwijze IPCC Vaststellen van de inhoudsopgave van het rapport Het buro wijst internationale specialisten aan als autheur gebaseerd op publicatierecord -Deze autheurs bekijken alle wetenschappelijke literatuur -Draft Experten review Draft 2 Gecombineerd experten/politici review Draft 3 Politici review van de Summary for Policy Makers (SPM) Goedkeuring (interactie authors politici) SPM en volledig rapport wetenschappers zijn betrokken

51 Wetenschappelijke consensus De mens be nvloedt het systeem aarde op mondiale schaal Koolstofdioxide- en methaan-concentraties zijn nu hoger dan in de laatste jaar Er is een duidelijke relatie tussen broeikasgas concentraties en mondiale temperatuur Het systeem wordt beinvloed, maar exacte respons is onzeker: circulatieveranderingen, onzekerheid in emmissie scenarios en de modellen