Deel 3 – Het verband tussen CO2 en de opwarming van de Aarde

Deel 3 – Het verband tussen CO2 en de opwarming van de Aarde

Inleiding

In deel 1 hielden we ons bezig met het in kaart brengen van de opwarming van de Aarde. In deel 2 hielden we ons bezig met de stijging van het CO2-gehalte van de atmosfeer. In dit deel gaan we ons bezig houden met het verband tussen CO2 en de opwarming. Om precies te zijn houden we ons bezig met het gehalte aan antropogeen CO2 van de atmosfeer en de temperatuur anomalie. Want dat is wat we willen weten: Leidt een toename van het CO2-gehalte van de atmosfeer tot een toename van de gemiddelde temperatuur van het oppervlakte van de Aarde. Is er een verband tussen het een en het ander en hoe ziet dit verband eruit. We beginnen met de tijdreeksen van beide variabelen en kijken vervolgens naar de samenhang tussen deze variabelen en toetsen welke vorm van samenhang het beste overeenkomt met de waarneming. Voor dit doel voeren we reconstructies uit van de temperatuur anomalie aan de hand van het antropogeen CO2-gehalte. Dat is het CO2-gehalte minus de beginstand van voor de industriële revolutie. We sluiten het geheel af met de conclusies en de literatuurlijst.

De tijdreeksen

Laat ons eerst naar het grote verhaal kijken. We hebben een prima tijdreeks van 1850 tot heden van de temperatuur anomalie; De Hadcrut versie 4 plus een verlenging van de tijdreeks voor CO2. De Keeling curve begint pas in 1958 maar er is ook nog zoiets als ijskernen. Die van Law Dome laat het toe om  het begin van de tijdreeks voor CO2 een flink eind terug leggen. Dat levert ons dus het verloop op van CO2 en temperatuur anomalie vanaf 1850 tot heden. Omdat men in de klimaatwetenschap niet werkt met echte temperaturen maar met de afwijking ten opzichte van een basisperiode ligt het voor de hand om dit ook te doen voor het CO2-gehalte. Het natuurlijk gehalte aan CO2 aan het begin van de industriële revolutie lag op 275 ppm. In deel 2 hebben we aangetoond dat de toename het gevolg is van het als maar toenemend verbruik van fossiele brandstof. Het gehalte van het hedendaags CO2-gehalte is dus het natuurlijk gehalte plus wat wij mensen hieraan toe hebben gevoegd.  Het ligt dan ook voor de hand dat men uitgaat van het antropogeen CO2 versus temperatuur anomalie.  Antropogeen CO2 is het echte CO2-gehalte minus het niveau voor het begin van de industriële revolutie. Zoals we in deel 2 kunnen zien komt dit  niveau uit op 275 ppm. Dit geeft het volgende plaatje;

fig-1-tijdreeks-co2-temp-1850

Figuur 1 – De tijdreeksen van antropogeen CO2 en temperatuur anomalie

In dit plaatje is sprake van een exponentiële toename van CO2. In deel 2 hebben we gezien dat dit veroorzaakt wordt door een toenemend gebruik van fossiele brandstoffen. Ook de temperatuur anomalie lijkt exponentieel toe te nemen. Maar zoals we al hebben vastgesteld in het artikel Reconstructie van de temperatuur anomalie uit antropogeen CO2 is dit niet het geval. Het lijkt alleen maar zo omdat de hele periode 1850 tot heden uiteen valt in een aantal deelperioden met soms wel een opwarming en dan weer niet zoals weergegeven in het volgende figuur;

fig-2-tijd-ta-co2

Figuur 2 – Deelperioden met en zonder opwarming vanaf 1850

In iedere deelperiode stijgt het CO2-gehalte maar dat levert niet altijd een opwarming op. Dit wordt in het artikel uitgelegd. Ook in deel 1 – De opwarming wordt dit uitgelegd. Er zijn naast het versterkt broeikaseffect ook nog andere mechanismen werkzaam die soms een opwarmend effect hebben en dan weer een afkoelend effect. Dimming is een uiterst sterk afkoelend effect geweest dat er voor zorgde dat het versterkt broeikaseffect dat wel aanwezig was werd tegengewerkt in de deelperiode van 1945 tot 1975. In de deelperiode van 1975 tot heden was er naast het versterkt broeikaseffect ook nog het mechanisme van brightening met als gevolg dat de opwarming na 1975 weer aanwezig was en wel sterker dan tevoren. Als we willen weten wat het verband is tussen CO2 en temperatuur anomalie dienen we dan ook een deelperiode te kiezen waarin de temperatuur daadwerkelijk stijgt. Dan ligt het voor de hand om ons te beperken tot de deelperiode 1975 tot heden. Deze deelperiode heeft een duidelijk begin en loopt lang genoeg door om zinvol mee bezig te gaan en te kijken hoe het verband eruit ziet tussen CO2 en temperatuur anomalie.

Het verband

De stijging van het antropogeen CO2 verloopt exponentieel maar de stijging van de temperatuur anomalie vanaf 1975 lijkt lineair te verlopen. Het ligt dan ook voor de hand om een logaritmisch verband te veronderstellen. Maar eerder onderzoek naar het verband laat zien dat een lineair verband ook goed voldeed. Welk verband is dan beter? En hoe bepaal je zoiets? Laat ons voorlopig beide varianten van het verband onderzoeken. En kijken wat er beter uitziet en hoe je dit beoordeeld. Is het op het eerste gezicht al duidelijk of heb je een statistische toets nodig en zo ja welke heb je dan nodig? Laten we eerst maar eens weergeven hoe beide verbanden er uit zien;

fig-3-1975-lin-xy

Figuur 3  – Lineair verband antropogeen CO2 en temperatuur anomalie vanaf 1975

fig-4-1975-log-xy

Figuur 4 – Logaritmisch verband antropogeen CO2 en temperatuur anomalie

In beide gevallen lijkt het een goed verband tussen het een en het ander. De R.kwadraten zijn hoog. Maar we zagen al in deel 2 dat dit niet zaligmakend is. Laten we de reconstructies maken van de temperatuur anomalie uit antropogeen CO2 aan de hand van de regressie vergelijkingen en dit weergeven samen met de temperatuur anomalie zoals die is waargenomen vanaf 1975;

fig-5-1975-hadcrut4-lin-log-recon

Figuur 5 – Reconstructie en waarneming temperatuur anomalie

De R.kwadraten zijn allemaal even hoog. Maar zoals we zagen in deel 2 zegt dit niet zo heel veel. Wat we wel zien is dat de reconstructie van de temperatuur anomalie met een lineair verband met antropogeen CO2 een exponentieel verloop geeft van de temperatuur anomalie en dat wordt niet waargenomen. De reconstructie met een logaritmisch verband geeft geen exponentiële toename en dat klopt weer beter met de waarneming. Er is een betere toets om te bepalen welke reconstructie beter voldoet en dat is de som van de residuen. Daarbij wordt voor iedere waarde gekeken naar het verschil tussen de reconstructie en de waarneming. In een ideale wereld geeft dit een reeks plussen en minnen die keurig netjes tegen elkaar wegvallen en een som opleveren van nul. In de echte wereld valt dit een beetje tegen en houd je altijd iets over. Het gaat er nu om om de variant te kiezen die de kleinste som van de residuen oplevert. Laten we de resultaten van ons onderzoek maar eens samenvatten in een tabel en zien wat hier uit komt;

tab-1975-lin-log-ta-vgl

Tabel I – Samenvatting van de varianten

Uit de R.kwadraten kan men niets afleiden. Die zijn voor alle varianten gelijk. De variant met een logaritmisch verband tussen temperatuur anomalie en antropogeen CO2 geeft beter weer wat wordt waargenomen namelijk een lineaire toename van de temperatuur vanaf 1975. Plus dat de som van de residuen voor deze variant kleiner is hetgeen ook een goed argument is om voor deze variant te kiezen. Navraag bij mijn collega’s van Klimaatveranda leert dat men ook de voorkeur geeft voor de logaritmisch verband op grond van de theorie over hoe een toename van het CO2-gehalte leidt tot een stijging van de temperatuur op Aarde. Goede redenen dus om te kiezen voor de variant met een logaritmisch verband tussen antropogeen CO2 en de temperatuur anomalie. Het maakt echter ook uit voor de verwachting die men heeft van de temperatuur anomalie als het CO2-gehalte in de atmosfeer verdubbeld ten opzichte van het niveau van voor de industriële revolutie. Men kan de afwijking ten opzichte van de basis periode van Hadcrut4 gewoon aflezen uit de regressie vergelijking door de waarde voor antropogeen CO2 van 275 ppm in te vullen en aan te nemen dat deze basisperiode ongeveer 0,5°C hoger ligt dan de waarde voor het begin van de industriële revolutie.  Bij een lineair verband geeft dit een te verwachten temperatuur anomalie van 2,64°C maar bij een logaritmisch verband krijg je een verwachte waarde van slechts 1,84°C. En dat is een stuk lager. Dat scheelt een slok op een borrel. De huidige afwijking ten opzichte van het begin van de industriële revolutie schat men op ongeveer 1,10°C. Het maakt dus wel degelijk wat uit wat men als het meest waarschijnlijke verband ziet tussen het CO2-gehalte van de atmosfeer en de gemiddelde temperatuur van het oppervlakte van de Aarde. Hiermee is ons onderzoek afgerond en kunnen we over gaan tot de conclusies.

Conclusies

Als men, zoals gebruikelijk is in de klimaatwetenschap, werkt met het begrip temperatuur anomalie als afwijking van wat de situatie was voor het begin van de industriële revolutie, ligt het voor de hand om dit ook te doen voor het CO2-gehalte van de atmosfeer. Als men aanneemt dat het gehalte aan het begin van de industriële revolutie normaal was, is de situatie daarna een afwijking hiervan. De afwijking van het natuurlijk CO2-gehalte kan men dan beter antropogeen CO2-gehalte noemen namelijk het door toedoen van de mens verhoogde gehalte. Dit komt ook beter overeen met de reeds in de 19e eeuw gedane aanname dat een toename van het CO2-gehalte leidt tot een toename van de temperatuur. Het gehalte aan antropogeen CO2 is het werkelijke gehalte minus 275 ppm.

Uit ons onderzoek blijkt dat het logaritmisch verband tussen antropogeen CO2 en de temperatuur anomalie het beste overeenkomt met de waarneming. Dit heeft wel gevolgen voor de te verwachte stijging van de temperatuur. Die zal lager uitvallen dan voor een lineair verband te verwachte stijging. Bij een verdubbeling van het CO2-gehalte komt men met het logaritmisch verband uit op een temperatuur anomalie van 1,84°C ten opzichte van het begin van de industriële revolutie. De huidige temperatuur anomalie is al in de buurt van 1,10°C. We zijn al een heel eind op weg. Maar of het een verstandige weg is waag ik te betwijfelen. Overigens dient men wel de kanttekening plaatsen dat de temperatuur stijging vanaf 1975 deels verklaard kan worden door het mechanisme van brightening. Als brightening niks anders is dan het omgekeerde van dimming en dit mechanisme over de periode van 1945 tot 1975 sterk genoeg was om het mechanisme van het versterkt broeikaseffect volledig te onderdrukken dan zou het best kunnen zijn dat de klimaat gevoeligheid voor het verdubbelen van het CO2-gehalte een stuk lager uitvalt.

Literatuurlijst

Deel 1 – De opwarming van de Aarde

Deel 2 – De toename van CO2

Brightening vooraf gegaan door dimming

Waarom neemt het verschil tussen dag en nacht toe?

Reconstructie van de temperatuur anomalie antropogeen CO2

Klimaatveranda.nl – Is er bewijs dat CO2-emissies het klimaat opwarmen?

 

 

 

Over Raymond Horstman

Onderzoeker, analist, schrijver. Havo B-pakket, HBO analytische chemie en propedeuse Bestuurskunde aan de Universiteit van Twente. Een brede belangstelling in algemene zaken en een bijzondere interesse in klimaatstudies. Mijn woonplaats wordt door een bekend schrijver die er gewoond heeft omschreven als het "onliefelijk stadje E.". Een bekend dichter had het over het einde van de spoorlijn. Het is een fijne stad om in te wonen. Kort samengevat: E. heeft het!
Dit bericht werd geplaatst in artikel, opwarming en getagged met , , , . Maak dit favoriet permalink.

Een reactie op Deel 3 – Het verband tussen CO2 en de opwarming van de Aarde

  1. Pingback: Deel 4b – De opwarming van de Aarde verklaard | Raymond FANTASTische Horstman

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.