Dr.ir. J.H. van Boxel Docent meteorologie/klimatologie 30-05-2002 Universiteit van Amsterdam, Opleiding: Aardwetenschappen / Fysische Geografie Onderzoeksinstituut: IBED: Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamiek Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Klimaatveranderingen, broeikaseffect & gevolgen Wat is het broeikaseffect? Wordt het broeikaseffect versterkt? Is het klimaat al veranderd? Komt dat door het broeikaseffect? Zal het klimaat verder veranderen? Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites

Evenwichtstemperatuur aarde Instraling p R2 * 1367 Reflectie 0.3 * p R2 * 1367 Uitstraling 4 * p R2 * s T4 Evenwichtstemperatuur T = [0.7*1367/4s]0.25 = 255 K = -18 oC 1367 W/m2

Het Broeikaseffect Evenwichtstemperatuur v/d aarde –18º C Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites Evenwichtstemperatuur v/d aarde –18º C Gemiddelde oppervlaktetemperatuur +13º C Het broeikaseffect: +31º C Versterken we het broeikaseffect met 10% Dan wordt de wereld gemiddeld 3º C warmer

Broeikaseffect: Hoe werkt het Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites Zonnestraling verwarmt de aarde Ongeveer 30% daarvan wordt gereflecteerd (o.a. wolken) Door het aardoppervlak uitgezonden langgolvige straling wordt grotendeels geabsorbeerd door wolken en broeikasgassen Het oppervlak ontvangt ook atmosferische tegenstraling van wolken en broeikasgassen Die extra straling maakt oppervlaktetemperatuur ongeveer 31oC hoger dan evenwichtstemperatuur “Stralend oppervlak”  halverwege de atmosfeer

Belangrijkste broeikasgassen (Radiative forcing relative to CO2 in 1998) Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites Waterdamp Kooldioxide CO2 (1.00) Hoogste concentratie in 10 Myr Methaan CH4 (0.33) Concentratie is al verdubbeld sinds pre-industriële tijden Concentratie neemt nog steeds toe Lachgas N2O (0.10) Concentratie is zeer variabel Geleidelijke toename gedurende de 20th eeuw Chloorfluorkoolwaterstoffen CFK’s (0.23) Concentraties stabiliseren zich nu

Wordt het broeikaseffect versterkt? Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites Nu al een broeikas-effect van circa 31oC Concentraties van broeikasgassen stijgen De stralingsbalans zal veranderen. Welke gevolgen kan dit hebben?

Mogelijke gevolgen van een versterkt broeikaseffect Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites Hogere temperaturen (tropen < 1ºC, poolstreken > 5ºC) Afsmelten van gletsjers en ijskappen Stijging van het zeeniveau (smelt & uitzetten) Meer verdamping Meer neerslag (maar niet overal) Hogere neerslagintensiteiten Intensivering van de tropische circulatie ? Nog minder regen in aride, semi-aride gebieden ? Meer of sterkere orkanen ? Zwaardere stormen op de gematigde breedten ? Effecten op de El Niño – La Niña cyclus ?

Negatieve terugkoppelingen Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites Stabiliseren het klimaat systeem Voorbeelden: Een deel van de extra CO2 lost op in de oceanen Planten groeien sneller bij hoge CO2 concentraties Meer verdamping  meer wolken  hoger albedo Meer neerslag in de poolgebieden kan zeespiegelstijging tegengaan ….

Positieve terugkoppelingen Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites Destabiliseren het klimaat systeem Voorbeelden: Hogere zeewatertemperaturen  minder CO2 lost op in de oceanen  meer CO2 in de lucht  warmer Hogere temperaturen  meer waterdamp in de lucht (waterdamp is ook broeikasgas)  warmer Vrijkomen van methaan uit de toendra's Sneeuw albedo terugkoppeling ….

Merken we er al iets van? CO2 concentratie is al 35% toegenomen Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites CO2 concentratie is al 35% toegenomen CH4 concentratie is verdubbeld N2O concentratie is 30% toegenomen CFK’s zijn geïntroduceerd Is er al een versterkt broeikaseffect? Temperatuur . Gletsjers . Zeespiegelstijging . Biologische gevolgen . Neerslag .

Temperatuur sinds 1850 Gemiddelde temperatuur steeg ongeveer 0.7º C J.H. van Boxel 30-05-2002 Temperatuur sinds 1850 Warmste 5 jaren 90 95 97 98 99 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites Gemiddelde temperatuur steeg ongeveer 0.7º C Circa 0.2º C is het gevolg van natuurlijke oorzaken Variaties in zonneactiviteit, vulkanisme, El Niño / La Niña cyclus Circa 0.5º C waarschijnlijk door menselijk toedoen Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Het afgelopen millennium: Proxies J.H. van Boxel Het afgelopen millennium: Proxies 30-05-2002 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites De decade 1990-1999 zeer waarschijnlijk de warmste decade van het millennium Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Gletsjers Meeste gebergte- gletsjers worden korter Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites Meeste gebergte- gletsjers worden korter Door toegenomen neerslag groeien sommige gletsjers weer Vooral west geëxponeerde gletsjers in de gematigde breedten

Zeespiegelstijging NB: Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites Geschatte zeespiegelstijging in de 20ste eeuw Thermische expansie 4 cm Gebergte gletsjers Groenlandse ijskap 2 cm Antarctische ijskap 0 cm Totaal 10 cm NB: Nederland nog  10 cm extra door isostatische daling Vorige interglaciaal was zeeniveau nog 5 à 6 m hoger

Biologische indicatoren Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - neerslag Toekomst Conclusie Websites Vele, o.a.: Datum eerste kievitsei Bloeidata diverse planten Lengte groeiseizoen ….. December 2001: congres Wageningen Klimaatveranderingen en fenologie

Jaarlijkse neerslag Nederland: 20th eeuw J.H. van Boxel 30-05-2002 Jaarlijkse neerslag Nederland: 20th eeuw Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites Nog steeds grote temporele variabiliteit Toename “slechts” 11% per eeuw Andere studies (>100 stations) ± zelfde resultaat 40-60º NB gemiddelde trend 50 mm per eeuw Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Top 10 droogste en natste jaren in Nederland 1904-2000 J.H. van Boxel Top 10 droogste en natste jaren in Nederland 1904-2000 30-05-2002 Droogste jaren Natste jaren Jaar Neerslag (mm) 1 1921 434 1998 1051 2 1976 535 1966 1038 3 1959 536 1965 984 4 1933 551 1960 941 5 1904 556 1988 936 6 1929 563 1961 933 7 1996 579 1994 904 8 1971 589 2000 900 9 1953 590 1981 889 10 1907 599 1950 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites Droge jaren redelijk gespreid over de eeuw Alle toptien natte jaren na 1950 (1950 incl.) Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Extreme maanden NL Frequentie van droge maanden onveranderd J.H. van Boxel Extreme maanden NL 30-05-2002 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites Frequentie van droge maanden onveranderd Frequentie van natte maanden (>100 mm) verdubbeld Frequentie van zeer maanden (>120 mm) verviervoudigd Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Maar één natste maand in eerste helft periode J.H. van Boxel 30-05-2002 België 1833-2001 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites 1833-1917 1918-1984 1985-2001 Maar één natste maand in eerste helft periode Voor 7 v/d 12 maanden was de natste maand in de laatste 10 % v/d periode (1985-2001) Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Nederland: Verdeling van de maandelijkse neerslag Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites 2000: Piek naar rechts + bredere verdeling Aantal maanden met >100 mm 60% toegenomen Aantal maanden met >150 mm 260% toegenomen 2000: Peak shifted to the right + Wider distribution 2000: More very wet months 2000: more very dry months

Gemiddelde jaarlijkse neerslag 20th eeuw J.H. van Boxel Gemiddelde jaarlijkse neerslag 20th eeuw 30-05-2002 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites 100 mm toe/afname is in aride en semi-aride gebieden belangrijker dan in vochtige streken Relatieve veranderingen gebruiken Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Relatieve veranderingen 20ste eeuw J.H. van Boxel Relatieve veranderingen 20ste eeuw 30-05-2002 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites Wereldwijd gemiddelde trend 2.7% per eeuw 38% van het landoppervlak werd natter (>5%) 42% van het landoppervlak weinig verandering 20% van het landoppervlak werd droger (>5%) Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Afvoer van de Rijn Toename gemiddelde afvoer 5% Toename piekafvoer 20% J.H. van Boxel 30-05-2002 Afvoer van de Rijn Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar - Temperatuur - Gletsjers - Zeespiegel - Biologisch - Neerslag Toekomst Conclusie Websites Toename gemiddelde afvoer 5% Toename piekafvoer 20% Piekafvoer grote variabiliteit!! Toegepaste Kring voor Fysische Geografie

Wat brengt de toekomst ons? Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst - Modellen - Scenario’s - Uitkomsten Conclusie Websites Klimaat modellen Emissie scenario’s Resultaten

(Atmosphere-Ocean) Global Circulation models Modellen Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst - Modellen - Scenario’s - Uitkomsten Conclusie Websites GCMs  AOGCMs (Atmosphere-Ocean) Global Circulation models Atmosfeer Oceaan Zee-ijs Land- oppervlak Andere aërosolen Sulfaat- aërosol Koolstof cyclus Atmosferische chemie Dynamische vegetatie

Emissiescenorio’s Business as usual (A1F1) Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst - Scenario’s - Modellen - Uitkomsten Conclusie Websites Business as usual (A1F1) Aangepaste technologie (of niet) Goede of slechte economische ontwikkeling Alles uit de kast halen (B1) Emissie Concentratie

De Volkskrant 23/10/2001 Wat doet Nederland CO2-eis gehaald Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst - Scenario’s - Modellen - Uitkomsten Conclusie Websites De Volkskrant 23/10/2001 CO2-eis gehaald Via import stroom

Temperatuurtoename Temperatuur Afhankelijk van model en scenario Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst - Modellen - Scenario’s - Uitkomsten Conclusie Websites Temperatuur Afhankelijk van model en scenario Minimaal 1.3oC (t.o.v.) 1990, maximaal 5.8oC Tropen minder (waterdamp broeikasgas nr 1) Poolstreken meer (weinig waterdamp) NB: Verschil tussen nu en laatste ijstijd is circa 6 oC

Jaarlijkse neerslag Relatieve verandering v/d jaarlijkse neerslag (in %) als de CO2 concentratie verdubbelt (+sulfaat) berekend met het GCM HadCM2

Neerslaghoeveelheden met andere klimaatmodellen Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst - Modellen - Scenario’s - Uitkomsten Conclusie Websites

Verwachte neerslag bij verdubbelde CO2 concentratie Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst - Modellen - Scenario’s - Uitkomsten Conclusie Websites Alle modellen voorspellen een toename van de wereldwijd gemiddelde neerslag (2.5 – 5.1%) Er zijn grote regionale verschillen tussen de modellen, maar in alle modellen: zijn er gebieden die natter worden, maar ook gebieden die droger worden worden de gematigde breedten op het noordelijk halfrond natter wordt het Middellandse Zee gebied droger Overall balans voor de mensheid negatief volgens alle modellen (zeker op korte tot middellange termijn: decennia tot 100 jaar)

Zeespiegel & ijsvolumes Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst - Modellen - Scenario’s - Uitkomsten Conclusie Websites Volume (106 km3) Equivalent zeeniveau (m) East Antarctic ice sheet 26.70 60.0 West Antarctic ice sheet 2.66 6.0 Greenland ice sheet 2.95 6.6 Mountain glaciers 0.11 0.3 Thermal expansion (per K) 0.1 m/K TOTAL + 73 m

Geschatte zeespiegelstijging (in cm) in de komende eeuwen Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst - Modellen - Scenario’s - Uitkomsten Conclusie Websites 2 x CO2 4 x CO2 2100 2200 Antarctische ijskap 1 -4 -3 -18 Groenlandse ijskap 6 15 11 50 Gebergtegletsjers 16 20 25 30 Thermische expansie 45 40 60 Totaal 48 76 73 122 Onzekerheid schattingen + of - 50%

Voorzichtigheid geboden !! Conclusie Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites Concentraties broeikasgassen toegenomen Klimaat is veranderd in de 20ste eeuw Waarschijnlijk (groten)deels door broeikaseffect Concentraties zullen nog verder stijgen Verdere klimaatveranderingen verwacht Grote onzekerheden in modeluitkomsten a.o. door verschillen emissiescenario’s Voorzichtigheid geboden !! No regret policy !!

Zijn er nog vragen? Aanbevolen websites Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen Merkbaar Toekomst Conclusie Websites http://www.science.uva.nl/onderwijs/nieuw/geo/ http://gp.fmg.uva.nl/~meteo/ http://www.knmi.nl/ http://www.ipcc.ch/ http://www.iitap.iastate.edu/gcp/sealevel/sealevel.html http://www.edf.org/pubs/Reports/HighWaterBlues/ http://www.csr.utexas.edu/gmsl/main.html http://www.gcrio.org/EPA/sealevel/seatitle.html http://www.epa.gov/globalwarming/climate/index.html