Fig.1    Bron: Klimaatgek

Afgelopen zomer heb ik naar aanleiding van een tweetal artikelen over wolken de recente veranderingen in de stralingsbalans van de aarde geanalyseerd. De grafiek in figuur 1 is  afkomstig uit dat artikel. Die analyse deed ik onder andere op basis van de meetdata van satellieten in het CERES project van NASA. Een van mijn conclusies was dat door de afname van de bewolking tussen 2001 en 2020 de aarde flink moet zijn opgewarmd. Overigens was ik in 2020 al tot de ontdekking gekomen dat in Nederland en in een groot deel van West-Europa de hoeveelheid op aarde binnenvallende zonnestraling (instraling) vanaf 1980 op veel plaatsen met meer dan 10% is toegenomen. Vanaf 15 augustus 2020 (zie in rechter menu) heb ik een aantal malen over die enorme toename van de instraling geschreven, onder ander in Duitsland.

Blij verrast was ik dan ook toen ik afgelopen week de recente paper van Hans-Rolf Dübal en Fritz Vahrenholt las over deze materie. De paper is peer reviewed en gepubliceerd in “Atmosphere”.

Prof. Vahrenholt heeft naar aanleiding van deze publicatie van Hans-Rolf Dübal  en hemzelf een artikel geschreven op de website van Judith Curry dat ook overgenomen is door WUWT. Ik heb van prof. Vahrenholt toestemming gekregen om de originele Duitstalige versie van zijn artikel te vertalen in het Nederlands:

“Radiative Energy Flux Variation from 2001–2020”

door Fritz Vahrenholt en Hans-Rolf Dübal

In een peer-reviewed publicatie in “Atmosphere” hebben Hans-Rolf Dübal en Fritz Vahrenholt de stralingsbalans van de aarde gedurende de afgelopen 20 jaar onderzocht. De netto stralingsflux, d.w.z. het verschil tussen de binnenkomende zonnestraling en de uitgaande lang- en kortgolvige straling, bepaalt de verandering in de energie-inhoud van het klimaatsysteem. Is deze positief, dan warmt de aarde op; is hij negatief, dan koelt hij af. Het door de NASA beheerde CERES-project op basis van satellieten levert nu al twee decennia lang dergelijke stralingsgegevens, alsmede gegevens over de ontwikkeling van de bewolking met temporele en ruimtelijke resolutie. Deze gegevens worden zowel bepaald ten opzichte van een hoogte van ongeveer 20 km (TOA = “Top of Atmosphere”) als ten opzichte van het aardoppervlak.

De recente publicatie van de paper “Radiative Energy Flux Variation from 2001 – 2020” heeft een voor de klimaatwetenschap verrassend resultaat aan het licht gebracht: de opwarming van de aarde in de afgelopen 20 jaar is in hoofdzaak te wijten aan een grotere doorlaatbaarheid van de wolken voor kortgolvige zonnestraling. De uitgaande kortgolvige straling is in deze periode sterk afgenomen (zie figuur), even sterk op het noordelijk als op het zuidelijk halfrond (NH en SH). Bij een vrijwel constante zonnestraling betekent dit dat meer kortgolvige straling het aardoppervlak heeft bereikt en dus tot de opwarming heeft bijgedragen. De langgolvige terugstraling (het zogenaamde broeikaseffect) droeg slechts in mindere mate bij tot de opwarming. Het werd zelfs grotendeels gecompenseerd door de eveneens toegenomen doorlaatbaarheid van de wolken voor de langgolvige straling die van de aarde afkomstig is. De auteurs kwamen na evaluatie van de CERES-stralingsgegevens tot deze duidelijke conclusie.

NASA-onderzoekers rond Norman Loeb maar ook de Finse onderzoeker Antero Ollila  hadden er onlangs al op gewezen dat de binnenkomende kortgolvige zonnestraling tussen 2005 en 2019 is toegenomen als gevolg van de afname van lage bewolking. Dübal en Vahrenholt hebben nu de TOA- en de stralingsfluxen op grondniveau voor de gehele periode onderzocht en deze in verband gebracht met veranderingen in de bewolking. De netto binnenvallende energiestroom was positief over de gehele periode en steeg van 0,6 W/m² tot 0,75 W/m² van 2001 tot 2020. Het 20-jarig gemiddelde bedroeg 0,8 W/m². De bruggrafiek toont de drijvende krachten achter deze verandering,  deze liggen duidelijk op het gebied van de binnenvallende kortgolvige straling in de bewolkte gebieden, die ongeveer 2/3 van het aardoppervlak uitmaken (SW Cloudy Area, +1,27 W/m²).

Dit komt niet overeen met de veronderstelling in het recentste IPCC-rapport dat de opwarming als gevolg van de toename van de langgolvige terugstraling uitsluitend te wijten was aan het antropogene broeikaseffect. Het IPCC schrijft 100% van de opwarming toe aan dit effect en rechtvaardigt dit met modelberekeningen. Uit de analyse van de gemeten gegevens door Dübal en Vahrenholt blijkt echter dat de opwarming als gevolg van de afname van de uitgaande kortgolvige straling met 1,4 W/m² en de toename van de langgolvige straling met – 1,1 W/m² hoofdzakelijk is toe te schrijven aan het bewolkingseffect.

De auteurs hebben ook gekeken naar het effect van dit stralingsoverschot over een langere periode vanaf 1750 op de warmte-inhoud van het klimaatsysteem. Onder “enthalpie” wordt hier verstaan de som van warmte, arbeid en de latente warmte, d.w.z. de warmte van de verdamping van water, de warmte van het smelten van ijs, de energetische verandering van de biosfeer (plantengroei), enz. Aangezien ongeveer 90% van deze enthalpie als warmte in de oceanen achterblijft, kunnen ook conclusies over de enthalpie-ontwikkeling worden getrokken door te kijken naar de warmte-inhoud van de oceanen (OHC) op lange termijn. Er werd een goede overeenkomst gevonden tussen deze twee onafhankelijke gegevensreeksen voor de periode 2001-2020 en de bestaande OHC-gegevens werden geëvalueerd voor eerdere, langere perioden om een algemeen beeld te krijgen. Hieruit blijkt dat de opwarming sinds 1750 niet continu was maar zich voordeed in opwarmingsperiodes, aangeduid als A, B en C, waarin telkens gedurende 20-30 jaar een hoge netto stralingsflux (0,7 tot 0,8 W/m²) optrad, onderbroken door mildere fasen. Het begin van deze opwarmingsperioden viel samen met de verandering van teken van een andere bekende natuurlijke klimaatfactor, namelijk de AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation). De cruciale vraag of de huidige verwarmingsfase C spoedig tot een einde zal komen zoals in de gevallen A en B, dan wel of zij zal aanhouden kan alleen worden beantwoord op basis van langere waarnemingen en moet derhalve open blijven.

Om het begin van fase C rond het jaar 2000 te onderzoeken, werden nog andere gegevensreeksen gebruikt, vooral de wolkenmetingen van EUMETSAT, een Europees satellietproject. Hier is te zien dat het begin van fase C gepaard gaat met een afname van de bewolking, die samenvalt met de bovenvermelde verandering in het teken van de AMO. Uit de stralingsmetingen kan worden afgeleid dat 2% minder bewolking ongeveer 0,5 W/m² meer netto stralingsflux betekent, hetgeen het grootste deel van de hierboven genoemde 0,8 W/m² zou kunnen verklaren.

Dit resultaat wordt ook bevestigd door de analyse van de stralingsbalans nabij het oppervlak. Hier wordt een toename van het broeikaseffect geconstateerd, die goed correleert met de toename van de broeikasgassen waterdamp en CO2, maar alleen voor de onbewolkte gebieden (“clear sky”). Deze correlatie geldt echter niet voor de met bewolking bedekte gebieden, die immers ongeveer 2/3 van de aarde uitmaken.

De verklaring over het broeikaseffect is interessant. Hans-Rolf Dübal: “Wij hebben het versterkte broeikaseffect van de som van alle broeikasgassen (waterdamp, CO2, enz.) onder “clear sky” omstandigheden kunnen aantonen, met een toename van 1,2 W/m² in de afgelopen 20 jaar. Deze toename wordt echter op een oppervlakte-gewogen basis overgecompenseerd door de toenemende uitstraling van langgolvige straling in de bewolkte gebieden ter grootte van -1,48 W/m² “.

De periode van 20 jaar is nog te kort om definitief te kunnen uitmaken of de huidige opwarmingsfase van tijdelijke dan wel permanente aard is. In het eerste geval moeten de klimaatprognoses fundamenteel worden herzien. Het fysische mechanisme dat tot het dunner worden van de wolken heeft geleid, wordt in de literatuur op verschillende manieren besproken. Vahrenholt: “De veranderingen in de bewolking kunnen worden veroorzaakt door een afname van aërosolen, door opwarming van de atmosfeer als gevolg van natuurlijke oorzaken (b.v. de AMO of de PDO), door antropogene opwarming als gevolg van CO2 of door een combinatie van deze afzonderlijke factoren. Eén ding kan echter nu al worden gezegd: de opwarming van de laatste 20 jaar werd méér veroorzaakt door veranderingen in de wolken dan door het klassieke broeikaseffect”.