Europa warmt op, door meer inval van zonlicht

Overgenomen van klimaatgek.nl

Bron: Shutterstock

Fig.1      Data: KNMI

Mijn conclusie was in dat artikel dat de sterke opwarming in Nederland sinds 1980 voor een aanzienlijk deel te verklaren is uit een sterke toename van de hoeveelheid invallend zonlicht (globale straling Q). Terwijl de jaartemperatuur in De Bilt vanaf 1980 t/m 2023 toenam met maar liefst 1,95 °C, nam de hoeveelheid invallende zonne-energie van 105 W/m2 toe tot een ongelofelijke waarde van 125 W/m2.  Dat is 20,35 W/m2 meer dan aan het begin van deze 44 jarige periode!

Om te begrijpen hoeveel dat is vergelijk ik het met het opwarmingseffect van verdubbeling van CO2. Volgens de gangbare opvatting levert een verdubbeling van CO2 een extra straling (stralingsforcering) op van 3,7 W/m2.

De toename van de  20,35 W/m2 aan globale straling in De Bilt sinds 1980 is dus 5,5x zo groot als de stralingsforcering van verdubbeling van CO2. Helemaal eerlijk is dat echter niet, want van die invallende globale straling aan het aardoppervlak reflecteert een deel (albedo). Ik schat dat de toename van de netto SW in ongeveer 15 W/m2 is, nog altijd 4x zo groot als het extra stralingseffect van 2x CO2 !

Het omrekenen van die stralingsforcering naar opwarming valt niet mee. Die 3,7 W/m2 stralingsforcering van 2x CO2 levert zonder andere veranderingen in het klimaatsysteem een opwarming van ongeveer 1,2 °C. Inclusief de terugkoppelingen in de atmosfeer (feedbacks) schat het IPCC (AR6 rapport) de opwarming bij 2x CO2 van 2,5 °C tot 4 °C. Preciezer kan het niet, teveel onzekerheden. En zelfs over die 2,5 tot 4 graden zijn onderzoekers het niet eens. Aan een schatting van het temperatuureffect van die enorme toename van de instraling in De Bilt waag ik me daarom niet, maar dat een stralingsforcering van netto SW van 15 W/m2 forse invloed zal hebben op de temperatuur in De Bilt lijkt me evident.

De oorzaak van die sterke recente toename van de instraling aan het aardoppervlak is niet dat er meer zonne-energie aan de buitenzijde van de atmosfeer binnenvalt. Die invallende hoeveelheid zonne-energie aan TOA (top of atmosphere) is -op een kleine 11-jarige rimpeling na- tamelijk constant tussen 340 en 340,5 W/m2 (CERES).

De toename aan het aardoppervlak van het invallend zonlicht moet dan ook het gevolg zijn van veranderingen in de omstandigheden tussen TOA en aardoppervlak, bewolking en aerosolen.

Fig.2      Data: KNMI

Ik gebruik in figuur 2 de data van het aantal zonuren (SQ) per jaar als proxy voor bewolkingsgraad. Aan de hand van de lineaire trendlijn is te berekenen dat het aantal zonuren per jaar vanaf 1980 (1401 zonuren) t/m 2023 toeneemt met maar liefst 518 zonuren tot 1919 zonuren. Dat is een toename met 37% ! De correlatiecoëfficiënt tussen SQ en de instraling Q (figuur 2) is zeer hoog: R2=0,88. Dat betekent dat de variabiliteit van Q voor bijna 90% bepaald wordt door SQ. Als je wel eens in de zon zit en er schuift een wolk voor de zon voel je de invloed van bewolking op instraling duidelijk.

Fig.3      Naar Trenberth et al (2009)

Maar straling is niet de enige factor die de temperatuur op een bepaalde plek bepaalt. Figuur 3 is de ‘surface’ zijde van de bekende energiebalans van Trenberth et al. De getallen in de originele figuur zijn gemiddelde energiewaarden in de energiebalans van de gehele aarde. Voor de oppervlakte energiebalans van een willekeurige plaats gelden die uiteraard niet, daarom zijn ze in figuur 3 weggelaten. In plaats daarvan heb ik advectie toegevoegd. Advectie is de aanvoer van warmte of kou van elders. Iedereen die het weer een beetje bijhoudt weet dat vanwege de relatieve ligging van Nederland die advectie van grote betekenis is. Als de wind verandert, of beter gezegd als het brongebied van de binnenstromende luchtmassa verandert, heeft dat vaak grote gevolgen voor de temperatuur en andere weersfactoren.

Fig.4      Bron: Hoogeveen et al (2022)

Jippe Hoogeveen heeft samen met zijn vader in 2022 een peer reviewed artikel gepubliceerd waarin ze aantoonden dat veranderingen in luchtcirculatie sterke invloed hebben op de temperatuur in Nederland. De grafieken in figuur 4 laten zien dat in de zomer de veranderingen in luchtcirculatie met name vanaf de oceaan heel sterk waren. Conclusie van de  Hoogeveens: de gevonden waarden in hun publicatie wijzen er sterk op dat de opwarming in Nederland vooral wordt veroorzaakt door een verschuiving in de brongebieden van de luchtstroming naar warmere richtingen. En passant vermeldden ze dat ze ontdekt hadden dat de invloed van CO2 zeer klein was. Lees het artikel hier.

Fig.5      Data: KNMI

Voor wat betreft de invloed van CO2 op de temperatuur aan de grond verwijs ik naar figuur 5. Het is een van de fraaiste grafieken die ik de afgelopen jaren heb gemaakt, deze op basis van de stralingsdata van station Cabauw Mast. Dat is het enige station in Nederland dat allerlei stralingsdata meet. Ik heb voor 5 achtereenvolgende dagen in juli 2008 de LWD, LWU en net SWD weergegeven. De dagen zijn zo gekozen dat de bewolking loot van onbewolkt naar zwaar bewolkt.

LWD wordt veroorzaakt door broeikasgassen (met name waterdamp en CO2) en bewolking, en ook beïnvloed door LWU.  Als bewolking afwezig is, is daardoor de LWD kleiner, het verschil tussen LWU en LWD is dan ongeveer 100 W/m2. Is de lucht geheel bewolkt dan wordt het verschil tussen LWU en LWD praktisch 0 W/m2. Het blijft echter heel moeilijk om de afzonderlijke aandelen in de LWD van CO2, H2O en wolken te bepalen.

Fig.6      Data: KNMI

Het atmosferisch CO2 gehalte gemeten op Mauna Loa steeg van 2001 t/m 2020 van 371 ppm naar 412 ppm (data NOAA).

Volgens NOAA betekent dat een stijging van de stralingsforcering van CO2 met 0,577 W/m2. In de grafiek van figuur 6 heb ik de seizoensfluctuaties in de LWD van Cabauw verwijderd door het toepassen van een 365 daags moving average. De variantie is waarschijnlijk vooral het gevolg van variantie in bewolking. De trend is lichtelijk negatief, vooral het gevolg van de piek in 2006-2007. De theoretische toename van de stralingsforcering van CO2 met 0,577 W/m2 is te klein om zichtbaar te zijn in het volatiele signaal.

Europa

Hoe zit het met de opwarming van Europa? Regelmatig verneem ik uit media dat Europa de afgelopen decennia harder is opgewarmd dan de aarde als geheel. Maar als dat zo is, wat zijn dan de oorzaken?

Fig. 7     Data: ClimateExplorer KNMI

Voor de grafieken in  figuur 7 maakte ik gebruik van de ERA5 reanalyses datasets vanaf 1979 t/m 2023 zoals die beschikbaar zijn in de Climate Explorer van het KNMI. De gebruikte parameters zijn ssr (surface net solar radiation) en 2t (temperatuur op 2m hoogte). De resultaten laten weinig aan de verbeelding over: in Europa als geheel is ook sprake van een opvallend grote temperatuurstijging en tegelijkertijd een opvallend grote toename van de netto instraling.

Fig.8      Bron: Copernicus

Figuur 8 vergelijkt de geobserveerde SW instraling aan het aardoppervlak van 1991-2000 met die van de periode 1961-1990. Het beeld is duidelijk: in grote delen van Europa is er sprake van een forse toename van de invallende zonne-energie. Net zoals dat in Nederland het geval was zijn ook hier afname van aerosolen maar vooral afname van bewolking een belangrijke oorzaak:

Fig.9      Bron: Copernicus

Figuur 9 toont de sterke toename van het aantal zonuren in Europa vergeleken met de referentieperiode 1983-2012.

Fig.10   Bron: Copernicus

Het kaartje van figuur 10 toont de ruimtelijke spreiding de anomalie van de bewolkingsgraad voor het eerste halfjaar van 2019 ten opzichte van de referentieperiode 1983-2012. De wolkendata is helaas nog niet beschikbaar voor een langere periode, maar gezien de sterke toename van het aantal zonuren in Europa (figuur 9) kan men ervan uitgaan dat dit beeld (in vrijwel geheel Europa een afname van bewolking) kenmerkend is voor de afgelopen 4 decennia.

De bewolking was vooral laag op het Iberisch schiereiland en in het uiterste zuiden van Frankrijk. Bedenk hierbij dat kleinere relatieve anomalieën in bewolking in Noord- en West-Europa een grotere invloed op de zonneschijnduur hebben dan in Zuid-Europa vanwege verschillen in wolkhoogte. Opvallend is dat in het Middellandse Zeegebied met name het westelijk deel een afname van bewolking laat zien en in het oostelijk deel zelfs een toename. Dat komt overeen met de grote verschillen in  geobserveerde zon-instraling aan het aardoppervlak van 1991-2000 (figuur 8) tussen het westelijk en het oostelijk deel van het mediterrane gebied.

En hoe zit het met veranderingen in de luchtcirculatie voor Europa? Vorig jaar wierp een jonge weerman daar licht op, door voor een discussie op de website  ‘Weerwoord’  een viertal interessante kaartjes te maken waarop de winters in de klimatologische periode 1991-2000 worden vergeleken met die van 1961-1990.

Fig.11   Bron: Weerwoord

Linksboven ziet u de veranderingen van de wintertemperaturen In Europa tussen 1961-1990 en 1991-2000. Vrijwel overal in Europa is sprake van een forse opwarming. Rechtsboven ziet u de veranderingen in het luchtdrukpatroon. Het hogedrukgebied voor de kust van Portugal laat een toename zien van de luchtdruk, terwijl het lagedrukgebied boven IJsland een lagere luchtdruk toont dan we gewend waren. Meer luchtdrukverschil betekent een sterkere aanvoer van (zachte) oceaanlucht naar Europa.

Dat laatste is goed te zien op het kaartje linksonder, waarbij de groene kleuren een sterkere westenwind suggereren. Het kaartje toont tenslotte dat de afgelopen decennia is er ’s winters sprake was van een sterkere aanvoer van lucht uit het zuiden. Wat dat betekent voor de temperatuur hoef ik denk ik niet uit te leggen. Ik heb Jelmer gevraagd of hij ook voor de andere seizoenen dergelijke kaartjes heeft, maar hij heeft helaas nog niet geantwoord.

Conclusie: De sterke toename van de SW instraling aan het aardoppervlak in Europa en de veranderde luchtcirculatie zijn ongetwijfeld belangrijke oorzaken achter de sterke opwarming van Europa de afgelopen decennia. Hoe groot de rol van het toegenomen atmosferisch CO2-gehalte is geweest is moeilijk in te schatten. Gezien de sterke dominantie van zon en wind in dit verhaal zal het niet groot geweest zijn. In de recente opwarming in Nederland speelde het in elk geval geen rol van betekenis.

Een andere keer de recente opwarming van de aarde als geheel?