Waarom is de klimaatverandering niet overal op aarde gelijk? Prof. Nicole van Lipzig Afdeling Geografie Department of Earth- and Environmental Sciences K.U.Leuven, Celestijnenlaan 200E, B-3001 Heverlee Mercator 500 jaar later: een nieuwe kijk op de wereld 16 Februari 2012
Gerard Mercator Gerard Mercator: kaartenmaker die zocht naar de structuur van de gehele machine van de wereld (biography door Babicz) Een geografisch perspectief: wereld begrijpen door verdeling over de aarde te observeren en analyseren en de onderliggende relaties bloot te leggen (national geographic) Het doel van deze lezing is om inzicht te krijgen in de ruimtelijke patronen van klimaatverandering. Nodig om de juiste keuzes te kunnen maken (mitigatie en adaptatie)
Inhoud Introductie Ruimtelijke verdeling van temperatuur Ruimtelijke verdeling van neerslag Menselijke invloeden op het klimaat Kantelpunten (tipping points) Gevolgen van klimaatverandering
Introductie We zien de wereld om ons heen veranderen MOUNT KILIMANJARO, AFRIKA: NASA's Landsat satelliet op 7 Februari 1993 (links) eb 21 Februari 2000 (rechts)
Introductie Lake Chad (Sahel) is gekrompen van een oppervlakte van 25000 km² in 1960 tot1350 km² 1963 1997
Introductie TOBOGGAN GLACIER, ALASKA Links: 29 Juni 1909. Rechts: 4 September 2000.
Introductie Vragen over duurzame ontwikkeling: welke risico s accepteren we? Waar liggen de grenzen die we beter niet overschijden? Rochström et al. (Nature, 2009) definieren planetaire systemen waarvan klimaatverandering er een is. Rockström et al., Nature, 2009
Ruimtelijke verdeling van temperatuur De mondiale opwarming is niet wat ons treft: gevolgen zijn meestal lokaal en hangen samen met meer factoren dan temperatuur
Ruimtelijke verdeling van temperatuur IPCC, 2007
Ruimtelijke verdeling van temperatuur CO2 is gelijkmatig verdeeld over de globe; aerosolen hebben sterk ruimtelijk patroon Land warmt meer op (met name de continentale gebieden): Oceaan heeft hoge warmtecapaciteit en een hoog koelend effect door de verdamping die optreedt Arctische gebieden: positieve terugkoppeling door zeeijsterugtrekking: afname albedo and toename van de aanvoer van warm water uit lagere breedten De sterke opwarming in de winters in noord-europa van 1960-1990 kwam door een meer positieve fase van de NAO (Hurrell en van Loon, 1997). Er komt steeds meer bewijs dat de NAO variabiliteit gedreven worden door invloeden van de oceaantemperatuur Meer opwarming in de droge subtropen dan in de natte tropen (b.v. Afrika) door het koelend effect van de verdamping
Ruimtelijke verdeling van temperatuur dagelijk kse gang in temper ratuur ( C) De dagelijkse gang in temperatuur neemt duidelijk af dagen per decade over laatste 50 jaar
Ruimtelijke verdeling van temperatuur De beweging van soorten wordt door menselijke activiteiten bepaald. Reproductie en spreiding worden door condities op de site bepaald zoals klimaat (Walther et al., Nature, 2002)
MODIS beelden van NASA's Terra satellite, National Snow and Ice Data Center, University of Colorado, Boulder Ruimtelijke verdeling van temperatuur Larsen Ice Shelf 2002 31 January 2002
Ruimtelijke verdeling van temperatuur 17 February 2002
Ruimtelijke verdeling van temperatuur 23 February 2002
Ruimtelijke verdeling van temperatuur 05 March 2002
Ruimtelijke verdeling van temperatuur Sam index is toegenomen (drukverschil tussen polaire gebieden en gematigde breedtes): sterkere westenwinden
Ruimtelijke verdeling van temperatuur Toename in westenwinden leidt tot een toename in temperatuur aan de lijzijde van de berg (Föhn-effect) (van Lipzig et al., J. Clim, 2008)
Ruimtelijke verdeling van temperatuur Gerard Mercator Oorzaak toename in westewinden: toename in broeikasgassen en afname van stratosferisch ozon door menselijk handelen
Gerard Mercator Ruimtelijke verdeling van neerslag
Gerard Mercator Ruimtelijke verdeling van neerslag
Ruimtelijke verdeling van neerslag Toename neerslag hoge breedtes Afname neerslag in de subtropen Toename neerslag in de tropen
Ruimtelijke verdeling van neerslag Gevolgen: Afvoer van rivieren op hoge breedtes neemt toe terwijl rivierafvoer in het midden-oosten, Europa en centraal amerika gaan afnemen
Ruimtelijke verdeling van neerslag 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 http://www.worldwatercouncil.org
Mechanisme Ruimtelijke verdeling van neerslag Warme lucht kan meer vocht bevatten We kunnen dit kwantificeren met de Clausius-Clapeyron relatie Voor temperaturen op aarde neemt het vocht in de atmosfeer toe met 7% per C Vochttransport is gelijk aan neerslag minus verdamping Nulde orde benadering van probleem: Helden Soden, J. Clim., 2006
Gerard Mercator Impacts Helden Soden, J. Clim., 2006
Ruimtelijke verdeling van neerslag Thermodynamisch Thermodynamische effect wordt gedeeltelijk gecompenseerd door iets zwakkere circulate Opwarming zorgt voor een toename in contrasten In totaal neemt de neerslag met zo n 5% toe de komende 100 jaar Verdroging in subtropen rijkt verder poolwaarts dan thermodynamisch verklaard kan worden Helden Soden, J. Clim., 2006
Ruimtelijke verdeling van neerslag Poolwaartse expansie van: Hadley cel Subtropische hoge drukgebieden Stormbanen
Ruimtelijke verdeling van neerslag
Ruimtelijke verdeling van neerslag Verandering in winter (DJFM) neerslag door een toename van 1 van de NAO index over 1900 tot 2005. Contour 0.1 mm per dag (Hurrell et al., 2003).
Ruimtelijke verdeling van neerslag Verdroging in mediterrane gebieden komt door: Thermodynamische effect Poolwaartse expansie van: Hadley cel; Subtropische hoge drukgebieden; Stormbanen Meer positieve fase van de Noord Atlantische Oscillatie
Menselijke invloeden op het klimaat Hoe weten we dat de veranderingen die we hebben gezien veroorzaakt worden door menselijk handelen en dat we dus invloed hebben? We hebben maar één aarde dus kunnen geen verschillende experimenten doen. Er zijn sterke argumenten uit de wetenschap: Ons labo zijn de GCMs (General Circulation Models) We kunnen berekeningen doen met en zonder broeikasgassen Het blijkt dat we enkel met de waargenomen veranderingen in broeikasgassen de temperatuursveranderingen in de vorige eeuw kunnen verklaren.
Tipping points Gerard Mercator
Menselijke invloeden op het klimaat Andere argumenten: In het paleoklimaatarchief is een zeer goede relatie gevonden tussen temperatuur en broeikasgassen We hebben in de laatste 740 000 jaar (180 en 300 ppm) nog nooit zo n hoge CO2 concentraties gehad als nu (393 ppm) We begrijpen de fysische mechanismen: het broeikas effect werd ondekt door Joseph Fourier (1824) en gekwantificeerd door Svante Arrhenius (1896) (de laatste ontwikkelde een theorie om de ijstijden te verklaren) De hoeveelheid koolstof die we hebben uitgestoten is genoeg om de CO2 conditions van 500 ppm verklaren De isotoop signatuur duidelijk op verbranding van fossiele brandstoffen wijst (de verhouding 13C/12C ratio was nog nooit zo laag als nu in de laatste 10.000 jaren)
Menselijke invloeden op het klimaat Op globale schaal is de toename in broeikasgassen de belangrijkste verklarende factor voor de opwarming IPCC, 2007, Summary for policy makers
Menselijke invloeden op het klimaat Landgebruik veranderingen slechts sumier opgenomen in IPCC 2007 Deze kunnen globaal (teleconnecties) en regionaal een sterk effect hebben Ontbossing (albedo en evapotranspiratie) Urban heat island
Tipping points Society may be lulled into a false sense of security by smooth projections of global change (Lenton et al., Nature, 2008) Risico = kans x gevolg De kans op kantelpunten (tipping points) is klein, maar de gevolgen zijn groot
Tipping points 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 de laatste 10.000 jaar waren relatief stabiel (Holoceen) gedurende het Holoceen kon de menselijke beschaving (vaste woonplekken, de landbouw, enzovoorts) opkomen en zich ontwikkelen Indicatie van temperatuur en neerslag verloop gedurende de afgelopen 2000 miljoen jaar
Tipping points Zonder menselijke invloed verwachen we dat het Holoceen nog enkele duizende jaren zal duren (Berger en Loutre, Science, 2002) Er zijn indicaties dat door de menselijke invloed op het klimaat, de aarde buiten dit stabiel evenwicht zou worden gedrukt Complexe systemen (ecosystemen, financiele markten, klimaat, ) hebben zgn tipping points (bifurcatiepunten; omslagpunten) (Scheffer et al., Nature, 2009) Het is bijna onmogelijk deze te voorspellen De centrale vraag is hoe een samenleving met risico en onzekerheid wil omgaan (Rockström et al., nature, 2009) Mogelijke tipping points zijn in kaart gebracht (Lenton et al., PNAS, 2006)
Tipping points
Tipping points Wat kunnen we leren van het paleoklimaatarchief? Best gedocumenteerde abrupte klimaatveranderingen in het paleoklimaatarchief hangen samen met veranderingen in oceaancirculatie door verandering in de vorming van atlantisch diep water (b.v. Jong Dryas events 12 kjaar geleden) Grote veranderingen in tropische neerslag gedetecteerd in marine sedimentkernen in het verleden door verschuiving ITCZ De ITCZ werd zuidwaarts gedrukt wanneer er koude events optraden op hoge breedten (Heinrich stadial 1 en. Jong Dryas) (Schefuss et al., Nature, 2011) door teleconnecties
Tipping points
Tipping points Het identificeren van tipping points roept vragen op over duurzame ontwikkeling: welke risico s accepteren we? Waar liggen de grenzen die we beter niet overschijden? IPCC zegt dat afzwakking van de MOC gebeurt, maar stilvallen niet waarschijnlijk is Er is momenteel geen wetenschappelijke consensus over de vraag hoe om te gaan met de tipping points In huidige impact en adaptatie-studies zijn de tipping points momenteel niet in rekening genomen
Gevolgen van klimaatverandering Emissions Mitigation Climate change Climate variability Non-climatic factors Exposure to climatic stimuli Sensitivity to climatic stimuli Adaptive capacity Adaptation Impacts of climate change Vulnerability to climate change Greiving et al., ESPON CLIMATE EU - Climate Change and Territorial Effects on Regions and Local Economies
Gevolgen van klimaatverandering Klimaatverandering lijkt de bestaande socioeconomische verschillen tussen de kern van Europa and de periferie te versterken Greiving et al.
Gevolgen van klimaatverandering Gerard Mercator Impact hot spots: toerisme aan de kustlijn en in de bergen zeeniveau veranderingen aan de kustlijn Greiving et al.
Gevolgen van klimaatverandering Adaptieve capaciteit: economische middelen om adaptatiemaatregelen uit te voeren Laag in zuid en oost Europa Greiving et al.
Gevolgen van klimaatverandering Afrika is het meest kwetsbare continent door grote klimaatverandering, multiple stress en lage adaptieve capaciteit Kwetsbaarheid groot in mega eltas in Azie en de kleine eilandengroepen door de verwachte zeeniveauverandering
Besluit Meer weten over regionale gevolgen van klimaatverandering? Kom naar de Mercatortentoonstelling op de Campusbibliotheek Arenberg te Heverlee v.a. 22 Maart 2012