Klimaatveranderingen en het broeikaseffect Dr.ir. J.H. van Boxel Docent meteorologie/klimatologie Universiteit van Amsterdam Opleiding Aardwetenschappen 10:00

Klimaatveranderingen, broeikaseffect & gevolgen Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Het broeikaseffect Broeikasgassen Klimaatveranderingen in het verleden Huidige klimaatveranderingen Zal het klimaat verder veranderen? Conclusies

Het broeikaseffect 10:05 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites 10:05

Evenwichtstemperatuur aarde Mastercourse het mondiale klimaatvraagstuk Evenwichtstemperatuur aarde 4-4-2017 Instraling p R2 * 1367 Reflectie 0.3 * p R2 * 1367 Uitstraling 4 * p R2 * s T4 Evenwichtstemperatuur Te = [0.7*1367/4s]0.25 = 255 K = -18 oC 1367 W/m2 J.H. van Boxel

Het broeikaseffect Evenwichtstemperatuur v/d aarde –18º C Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Evenwichtstemperatuur v/d aarde –18º C Gemiddelde oppervlaktetemperatuur +14º C Het broeikaseffect: +32º C Versterken we het broeikaseffect met 10% Dan wordt de wereld gemiddeld 3º C warmer

Broeikaseffect: Hoe werkt het Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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

De broeikasgassen 10:10 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites 10:10

Belangrijkste broeikasgassen (Radiative forcing relative to CO2 in 1998) 1000 1200 jaar 1800 2000 CO2 CH4 N2O Waterdamp (4) 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) 10% toename gedurende de 20th eeuw Chloorfluorkoolwaterstoffen(0.23) Concentraties stabiliseren zich nu

Mogelijke gevolgen Welke gevolgen kan dit hebben? Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Nu al een broeikas-effect van circa 32oC Concentraties van broeikasgassen stijgen De stralingsbalans zal veranderen. Welke gevolgen kan dit hebben? 10:13

Mogelijke gevolgen van een versterkt broeikaseffect Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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 Afzwakken van de thermohaline circulatie 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? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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 Oppervlak poolijs ….

Klimaatveranderingen in het verleden Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites IJstijden Interglacialen 10:20

Het geologische verleden: IJstijden en CO2 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Tijdens ijstijden circa 200-225 ppm CO2 Interglacialen 250-300 ppm CO2 Goede correlatie Verband bewezen? Oorzakelijk verband? Richting v/d causale relatie? MAAR .... Afgelopen miljoenen jaren afwisseling tussen ijstijden en interglacialen

IJstijden en CO2 Goede correlatie maar ... Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Steeds meer aanwijzingen dat veranderingen in CO2 en CH4 concentraties volgden op temperatuurveranderingen en niet andersom Klimaatgevoeligheid voor CO2 geschat op circa 1oC per 100 ppm CO2 (0.5oC tot 1.5oC per 100 ppm) Glaciaal-interglaciaal verschil in CO2 concentratie circa 100 ppm maar temperatuurverschil circa 6oC Broeikasgassen hebben dus niet de afwisseling tussen glacialen en interglacialen veroorzaakt Waarschijnlijk wel veroorzaakt door combinatie van astronomische factoren en zonneactiviteit

Zijn broeikasgassen dan niet zo belangrijk? CH4 2005: 1600 ppb 400 500 600 CO2 2060: 560 ppm Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Nu CO2-concentratie 380 ppm Nu CH4- concentratie1600 ppb Concentraties van belangrijke broeikasgassen nemen verder toe Circa 2060 verdubbeling verwacht van de CO2-concentratie t.o.v. natuurlijke achtergrond CO2 2005: 380 ppm Deze eeuw worden concentraties bereikt die al miljoenen jaren niet meer zijn voorgekomen op aarde

Recente klimaatveranderingen Merken we er al iets van? Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Klimaatveranderingen in de 20ste eeuw Temperatuur Gletsjers Zeespiegelstijging Biologische gevolgen Neerslag 10:25

Mastercourse het mondiale klimaatvraagstuk Temperatuur sinds 1850 4-4-2017 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Gemiddelde temperatuur steeg ongeveer 0.8º C Circa 0.2º C is het gevolg van natuurlijke oorzaken Variaties in zonneactiviteit, vulkanisme, El Niño / La Niña cyclus Circa 0.6º C waarschijnlijk door menselijk toedoen J.H. van Boxel

Het afgelopen millennium: Proxies Mastercourse het mondiale klimaatvraagstuk Het afgelopen millennium: Proxies 4-4-2017 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites De decade 1990-1999 zeer waarschijnlijk de warmste decade van het millennium J.H. van Boxel

Gletsjers Meeste gebergte- gletsjers worden korter Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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 Vorig interglaciaal was zeeniveau 5 à 6 m hoger dan nu

Biologische indicatoren 1901 1999 Biologische indicatoren Vele, o.a.: Bloeidata diverse planten Verspreidingsgebied vlinders en libellen Mossen en korstmossen Lengte groeiseizoen ….. 1901 1999 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites 1965 2005 December 2001: congres Wageningen Klimaatveranderingen en fenologie

Neerslagkaarten 30-jarige perioden Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Toename “slechts” +10-15% gedurende de 20ste eeuw

Jaarlijkse neerslag Nederland: 20th eeuw Mastercourse het mondiale klimaatvraagstuk 4-4-2017 Jaarlijkse neerslag Nederland: 20th eeuw Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Toename circa 11% per eeuw Andere studies (>100 stations) ± zelfde resultaat 40-60º NB gemiddelde trend 50 mm per eeuw J.H. van Boxel

Gemiddelde jaarlijkse neerslag 20th eeuw Mastercourse het mondiale klimaatvraagstuk Gemiddelde jaarlijkse neerslag 20th eeuw 4-4-2017 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites 100 mm toe/afname is in aride en semi-aride gebieden belangrijker dan in vochtige streken Relatieve veranderingen gebruiken J.H. van Boxel

Relatieve veranderingen 20ste eeuw Mastercourse het mondiale klimaatvraagstuk Relatieve veranderingen 20ste eeuw 4-4-2017 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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%) J.H. van Boxel

Augustus 2002 (Europa) 05/08/02 Italië 13/08/02 Tsjechië 1/8 170 mm neerslag in Barcelona. De auto’s drijven door de straten. 5/8 94 mm regen in Stampersgat (NB). Evenementenhal De Leysdream in Roosendaal (NB) stort in. 5/8 Hagelstenen zo groot als pingpongballen bij het Gardameer. Italiaanse druivenoogst grotendeels verwoest 6/8 Zware neerslag Duitsland & Oostenrijk. A8 bij München staat blank. 8/8 Rivieren treden buiten hun oevers in Roemenië, Tsjechië, Oostenrijk 8/8 Grote delen van Londense metro gesloten wegens overstromingen 13/8 Midden-Europa rampgebied door overstromingen 16/8 Waterniveau in de Elbe stijgt 4 cm/uur. In Dresden 33.000 inwoners geëvacueerd. Inmiddels ruim 90 doden in Midden-Europa. 24/8 Meer dan 100 mm neerslag in Weesp. Zwembaden Etten-Leur en Weesp storten in evenals het dak van IKEA Amsterdam. 24/8 106 mm regen in Alsemberg (België); 1½ m water in de straten 25/8 Noodweer op Mallorca. Vliegtuigen kunnen niet landen 28/8 Zware regenval in midden Italië. Straten in Rome staan blank 05/08/02 Italië 13/08/02 Tsjechië 24/08/02 Etten-Leur

Mastercourse het mondiale klimaatvraagstuk Extreme maanden NL 4-4-2017 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Frequentie van droge maanden onveranderd Frequentie van natte maanden (>100 mm) verdubbeld Frequentie van zeer maanden (>120 mm) verviervoudigd J.H. van Boxel

Wat zal de toekomst ons brengen? Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Klimaat modellen Emissie scenario’s Resultaten 10:35

(Atmosphere-Ocean) Global Circulation models Modellen Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites GCMs  AOGCMs (Atmosphere-Ocean) Global Circulation models Atmosfeer Oceaan Zee-ijs Land- oppervlak Land- oppervlak Oceaan Zee-ijs Andere aërosolen Sulfaat- aërosol Koolstof cyclus Atmosferische chemie Dynamische vegetatie

Emissiescenorio’s Business as usual (A1F1) Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Business as usual (A1F1) Aangepaste technologie (of niet) Goede of slechte economische ontwikkeling Alles uit de kast halen (B1) Emissie Concentratie

Temperatuurtoename Temperatuur Afhankelijk van model en scenario Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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 Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Relatieve verandering v/d jaarlijkse neerslag (in %) als de CO2 concentratie verdubbelt (+sulfaat) berekend met het GCM HadCM2

Verwachte neerslag bij verdubbelde CO2 concentratie Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites Volume (106 km3) Equivalent zeeniveau (m) IJskap Oost-Antarctica 26.70 60.0 IJskap West-Antarctica 2.66 6.0 IJskap op Groenland 2.95 6.6 Gebergtegletsjers 0.11 0.3 Thermisch expansie (per K) 0.1 m/K TOTAAL + 73 m

Geschatte zeespiegelstijging (in cm) in de komende eeuwen Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies 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 (cm) 48 76 73 122 Onzekerheid schattingen + of - 50%

Of wachten op zekerheid ? Conclusies Concentraties broeikasgassen toegenomen Klimaat is veranderd in de 20ste eeuw Waarschijnlijk (groten)deels door broeikaseffect Concentraties zullen nog verder stijgen Verdere klimaatveranderingen worden verwacht Verschillen in modeluitkomsten a.o. door: Onzekerheden in emissiescenario’s Niet alle fysische processen kwantitatief bekend Gridafstanden in modellen No regret policy ? Of wachten op zekerheid ? Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites 10:42

Zijn er nog vragen? Aanbevolen websites Inleiding Broeikaseffect Broeikasgassen Gevolgen? Verleden Heden Toekomst Conclusies Websites http://www.science.uva.nl/~jboxel/ (local) KNMI http://www.knmi.nl/ United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change http://www.ipcc.ch/ Diversen http://www.csr.utexas.edu/gmsl/main.html http://www.gcrio.org/EPA/sealevel/index.html http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/ResourceCenterPublicationsProbability.html http://yosemite.epa.gov/oar/globalwarming.nsf/content/Climate.html