Nieuwe realiteit: bij verdubbeling CO2 warmt aarde drie graden op

Klimaatstudie Hoe sterk reageert het klimaat als het uit balans wordt gebracht? Dat is nu uitgebreid geanalyseerd. De uitkomst is zorgwekkend.

Een simulatie van CO2 in de atmosfeer. Op het noordelijk halfrond, waar de meeste mensen wonen, is de concentratie van dit broeikasgas veel groter dan op het zuidelijk halfrond. Dit beeld komt uit een simulatie die de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA in 2014 uitvoerde, om inzicht te krijgen in het pad dat CO2 aflegt.
Een simulatie van CO2 in de atmosfeer. Op het noordelijk halfrond, waar de meeste mensen wonen, is de concentratie van dit broeikasgas veel groter dan op het zuidelijk halfrond. Dit beeld komt uit een simulatie die de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA in 2014 uitvoerde, om inzicht te krijgen in het pad dat CO2 aflegt. Illustratie NASA Goddard Space Flight Center

Als de CO2-concentratie in de lucht verdubbelt ten opzichte van het pre-industrieel niveau, zal de aarde tussen de 2,6 en 4,1 graden Celsius opwarmen. In het huidige tempo waarmee de mens CO2 uitstoot, zal die verdubbeling binnen 50 tot 60 jaar zijn bereikt. Een nieuwe, uitgebreide analyse, die onlangs is gepubliceerd in Review of Geophysics, komt daarop uit.

De onderzoekers geven hiermee een belangrijke aanscherping van de klimaatgevoeligheid, een centraal begrip in de klimaatwetenschap. Die gevoeligheid is een maat voor de reactie van het aardse klimaat als het uit evenwicht wordt gebracht, zoals de laatste 150 jaar is gebeurd door de menselijke uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen.

We kunnen als mensheid niet meer hopen op een lage klimaatgevoeligheid

Steven Sherwood onderzoeksleider

De studie geeft een nieuwe realiteit, zegt hoogleraar Steven Sherwood van de University of New South Wales, die het onderzoek leidde. „We kunnen als mensheid niet meer hopen op een lage klimaatgevoeligheid, die ons meer tijd zou geven het probleem van de opwarming te tackelen.” Volgens Sherwood laat de analyse glashelder zien dat de mens zijn uitstoot van CO2, en ook van de andere broeikasgassen, „heel drastisch” omlaag moet brengen. Binnen 50 tot 60 jaar zitten we al vast aan een opwarming van zo’n 3 °C, zegt hij, tenzij we massaal technieken gaan inzetten om CO2 weer uit de lucht te halen. In 2015 hebben de Verenigde Naties in het Parijs-akkoord vastgelegd dat ze de opwarming onder de 1,5 °C proberen te houden.

Klimaatgevoeligheid is op verschillende manieren te berekenen. Een ervan bepaalt, met behulp van klimaatmodellen, hoeveel graden de mondiale temperatuur op termijn zal toenemen bij een verdubbeling van de CO2-concentratie. De eerste berekeningen hiervan, in 1979 uitgevoerd onder leiding van de Amerikaanse meteoroloog Jules Charney, kwamen uit op een opwarming tussen de 1,5 en 4,5 °C. Dat is een vrij brede range, en sindsdien is geprobeerd de klimaatgevoeligheid preciezer vast te stellen. Maar het IPCC kwam in zijn laatste stand-van-zakenrapport uit 2013 nog steeds op diezelfde onder- en bovengrens uit. Klimaatsceptici hebben de ondergrens steeds aangegrepen om te benadrukken dat er weinig aan de hand is.

Satellietmetingen

Nu is het een internationale groep onderzoekers eindelijk gelukt die range te versmallen. Ze combineerden hiervoor drie lijnen van onderzoek: gegevens over klimaatfluctuaties in de laatste miljoenen jaren, allerlei (satelliet)metingen in de laatste honderd jaar en recente inzichten uit klimaatmodellen.

„Het is een grote, solide studie. Een enorme bak werk”, reageert Appy Sluijs, hoogleraar paleo-oceanografie aan de Universiteit Utrecht, die niet bij het onderzoek betrokken was.

Klimaatonderzoeker Rob van Dorland van het KNMI noemt de nu gepubliceerde studie „een grote vooruitgang”. Volgens hem hebben de onderzoekers die vooruitgang onder meer kunnen boeken doordat er de laatste jaren meer inzicht is gekomen in de mechanismen die optreden als de aarde opwarmt. Bijvoorbeeld wat betreft de wolken. „Er zijn zoveel verschillende typen wolken”, zegt Van Dorland. Boven land reageren ze anders op opwarming dan boven zee. De reactie hangt ook af van de breedtegraad. Maar inmiddels, zegt Van Dorland, zijn klimaatwetenschappers het er wel over eens dat de wolken een positieve feedback vormen. Dat wil zeggen dat ze de initiële opwarming die een toenemende CO2-concentratie alleen al veroorzaakt, nog verder versterken. Ook de reactie van sneeuw en ijs op opwarming (ze kaatsen dan minder zonlicht terug) is beter gekwantificeerd, zegt Van Dorland.

Statistische technieken

Sluijs wijst op een andere verbetering: de statistische analyse. Voor alle drie de lijnen van onderzoek (paleoklimaat, recente observaties, kennis over feedbackprocessen) is onafhankelijk van elkaar de klimaatgevoeligheid bepaald. De uitkomsten zijn over elkaar gelegd, en via moderne statistische technieken zoals bayesiaanse kansberekening is vervolgens de meest waarschijnlijke waarde berekend.

Zo bereikten ze hun uitkomst: bij een verdubbeling van de CO2-concentratie warmt de aarde waarschijnlijk tussen de 2,6 en 4,1 °C op, met een centrale schatting van net iets boven de 3 °C. De kans dat de opwarming op minder dan 2 graden Celsius uitkomt, is minder dan 5 procent, licht Sherwood via de telefoon toe. „Je komt alleen onder de 2 graden als de wolken een negatieve feedback op de opwarming hebben, en dat vinden we onwaarschijnlijk.”

Praktische berekening

Daarnaast, zegt hij, hebben we de afgelopen anderhalve eeuw al een opwarming van iets meer dan 1 graad Celsius meegemaakt – in die periode nam de CO2-concentratie toe van 280 ppm (parts per million) tot 413 ppm afgelopen mei. Ook dat maakt het onwaarschijnlijk dat een verdubbeling van de CO2-concentratie slechts een opwarming van 1,5 °C zou geven. Aan het andere uiteinde van de range, zegt Sherwood, is er een kans van 6 tot 18 procent dat de opwarming toch boven de 4,5 °C uitkomt.

Sherwood en zijn collega’s hebben ook een alternatieve, meer praktische berekening gemaakt. Want de aanvankelijk berekende klimaatgevoeligheid – de zogeheten equilibrium climate sensitivity, ECS – berekent de mate van opwarming tot het moment dat de aarde weer in evenwicht is. Daar kunnen „duizenden jaren” overheen gaan, schrijven ze in een uitlegstuk op klimaatwebsite Carbon Brief. En in de tussentijd is de CO2-concentratie in de lucht waarschijnlijk alweer veranderd, waarop het klimaat dan weer heeft gereageerd. Daarom hebben ze ook een schatting gemaakt van de effective climate sensitivity, de opwarming die binnen 150 jaar na CO2-verdubbeling is te verwachten. Daarvoor komen ze uit op bijna dezelfde range: 2,6 tot 3,9 °C.