Hoe zullen wolken reageren op de klimaatverandering?

De opwarming van de aarde is momenteel één van 's werelds meest dreigende problemen. Maar dit probleem zit vrij complex in elkaar en tot nu toe is het nog niet gelukt het volledig te snappen. Bepaalde aspecten zijn relatief eenvoudig en anderen zijn dan weer een stuk moeilijker. Aan de basis van het probleem ligt de verandering van de gemiddelde temperatuur op aarde. Wanneer de temperatuur op aarde gaat variëren dan heeft dit gevolgen voor onnoembaar veel zaken, waaronder het klimaat op aarde, het smelten van de gletsjers en nog vele andere, op de vele verschillende ecosystemen.


De temperatuur van het aardoppervlak wordt bepaald door een evenwicht van een aantal factoren. Zo zijn er de factoren die bijdragen tot een stijging van de temperatuur, namelijk de stralen van de zon die niet meteen wordt teruggekaatst en de aardwarmte. En dan zijn er ook de zaken die zorgen dat er warmte onttrokken wordt van het aardoppervlak, namelijk de verdamping van water, warmte-convectie, en infrarode straling van het aardoppervlak naar het heelal. Eén van de zaken die een zeer grote invloed heeft op de temperatuur op het aardoppervlak is de concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer. De concentratie aan deze gassen beïnvloed de hoeveelheid infrarode straling die teruggekaatst wordt naar het heelal en hoeveel er teruggekaatst wordt naar de aarde toe. Want broeikasgassen zijn niet volledig transparant voor infrarode stralen. De broeikasgassen in de atmosfeer worden van twee kanten bestraald met infrarode stralen. Namelijk er komen infrarode stralen uit het heelal van de zon naar de aarde toe, maar er komen er ook infrarode stralen van de aarde die naar het heelal toe gestraald worden.

In het algemeen bevat de invallende straling van de zon 3 soorten elektromagnetische straling, namelijk infrarood, ultraviolet, en zichtbaar licht. De straling van de zon bestaat grotendeels uit zichtbaar licht en ultraviolet straling en in mindere mate uit infrarode straling. Éénmaal deze stralingen het aardoppervlak bereikt hebben, wordt het overgrote deel van deze straling geabsorbeerd. Door het absorberen warmt het aardoppervlak op. En daardoor gaat het aardoppervlak terug hoofdzakelijk infrarode straling gaan uitstralen want stralingswarmte is namelijk van de vorm van infrarode straling. In principe is infrarode straling is een andere naam voor stralingswarmte. De broeikasgassen in de atmosfeer beletten dat deze uitgestraalde warmte direct volledig verdwijnt naar het heelal. En doordat deze broeikasgassen niet transparant zijn voor infrarode straling houden zijn deze warmte rond de aarde. En zo zorgen zij ervoor dat de gemiddelde temperatuur hoger is/blijft.

Van de broeikasgassen zoals CO2 en CH4 is hun effect op de klimaatverandering gekend, hoe meer er zich van deze in de atmosfeer bevinden, hoe meer de aarde gaat opwarmen. Maar over andere broeikasgassen, is er nog onzekerheid over het effect op de klimaatverandering. Eén van deze broeikasgassen is namelijk waterdamp of dus anders gezegd gaat het hier dus over de wolken. Het was tot voor kort nog niet duidelijk hoe de computermodellen, die men gebruikt om voorspellingen te doen over de klimaatverandering, moeten omgaan met de invloed van de wolken. Deze onzekerheid was er omdat het afhankelijk is van de soort wolk of dat deze zou zorgen dat de temperatuur op aarde gaat toenemen of afnemen. De ene soort wolken zorgen ervoor dat het minder warm zal zijn op aarde omdat deze de invallende straling van de zon zullen tegenhouden. De andere soort wolken zorgen voor een omgekeerd effect, namelijk laten zij de invallende stralen van de zon door tot aan het aardoppervlak maar houden ze dan wel de stralen die door de aarde uitgestraald worden tegen. En dus zorgen ze dat de temperatuur op aarde zal toenemen. Aangezien wanneer de aarde gaat opwarmen, veel ijs zal gaan smelten van zowel de gletsjers als van het poolijs en dan gaat er ook meer water gaan verdampen. En dus is het vermoedelijk dat de concentratie waterdamp in de atmosfeer een invloed heeft wanneer men voorspellingen wil doen omtrent de opwarming van de aarde en de klimaatverandering.

En tot onlangs zorgden de wolken voor een grote onzekerheid bij de voorspellingen gedaan met behulp van de computermodellen van het klimaat. Want het is moeilijk te bepalen welk type wolken er het meest gaan voorkomen en dus welk effect er het meest dominant zal zijn. Er worden meerdere computermodellen gebruikt om de verandering van het klimaat in de toekomst te gaan simuleren op basis van bepaalde ingegeven data. De verschillende modellen gingen veelal op een verschillende manier om met de invloed van de wolken. En dit zorgde dan uiteraard dat deze modellen een verschillende uitkomst weergaven ook al werden dezelfde gegevens ingegeven. Er waren bepaalde computermodellen die zelfs de invloed van de wolken negeerden. Dit omdat met het ene type wolken de temperatuur toeneemt en met het andere type de temperatuur afneemt. En dus wanneer men verondersteld dat beide type even vaak voorkomen dat is hun invloed inderdaad neutraal en mag de invloed van de wolken genegeerd worden. Maar er bestaat wel geen zekerheid over de veronderstelling dat beide type wolken even vaak zullen voorkomen en dat dit steeds zo zal blijven ook wanneer het klimaat veranderd. Maar ook zijn er computermodellen die ervan uitgaan dat wolken zorgen voor opwarming van de aarde. En dus wanneer de concentratie aan waterdamp toeneemt in de atmosfeer, dan zal dit ertoe leiden dat de temperatuur op aarde zal stijgen.

Andrew Dessler, een professor van Texas A&M University aan het departement van atmosfeer wetenschappen, heeft de invloed van de wolken uitvoerig onderzocht om een antwoord te vinden op de vraag wat nu juist het gevolg zou zijn wanneer de concentratie aan waterdamp stijgt in onze atmosfeer. En zo kan men in de toekomst ook een groot element van de kritiek op de voorspellingen over de verandering van het klimaat gaan vermijden. Namelijk is er een heleboel kritiek op de resultaten van de computermodellen die men gebruikt om het klimaat te gaan simuleren. Een groot punt van kritiek is de invloed van de concentratie waterdamp in de atmosfeer, vele critici verwijten dat de computermodellen een verkeerd resultaat tonen omdat ze deze invloed verkeerd in rekening brengen. Zijn conclusie in het gepubliceerde werk over dit onderwerp was dat wanneer de temperatuur stijgt op aarde dat dit zal zorgen voor een stijging van de concentratie aan waterdamp in de atmosfeer, doordat er meer water zal verdampen. En deze grotere concentratie aan waterdamp zal ervoor zorgen dat de temperatuur op aarde verder zal toenemen.

Maar er komt kritiek op het werk van Andrew Dessler, namelijk verteld Roy Spencer, een klimatoloog van de University of Alabama, dat Andrew Dessler het verkeerd op heeft. Roy Spencer publiceerde een paper waarin hij concludeer t dat wanneer de concentratie waterdamp in de atmosfeer zal toenemen, dit ervoor zal zorgen dat de temperatuur op aarde zal afnemen in plaats van stijgen. Maar andere wetenschappers zijn het dan weer eens met de conclusie van Andrew Dessler. Eén van hen is Dennis Hartmann, een professor in de atmosfeer wetenschappen van de University of Washington. Hij verteld dat, op basis van de beschikbare gegevens en data, dat een negatieve feedback van een stijging van de waterdamp-concentratie in de atmosfeer op de gemiddelde temperatuur op aarde een heel stuk onwaarschijnlijker is dan een positieve feedback van de waterdamp-concentratie op de temperatuur. De feedback verschilt heel erg uitlopend verschillend wanneer men de huidige klimaatmodellen bekijkt. Maar hij is van mening dat wanneer men een algemeen consensus zou moeten opstellen, gebaseerd op wat de modellen tot nu toe al verspeld hebben, dat het overduidelijk is dat er een positieve feedback bestaat tussen de waterdamp-concentratie en de temperatuur.

De studie die Andrew Dessler heeft uitgevoerd maakt gebruik van de data die verzameld geweest is door NASA's Terra satelliet. Deze satelliet is uitgerust met een instrument genaamd CERES, wat staat voor Clouds and Earth's Radiant Energy System. Met CERES dient om stralingen te gaan opmeten in de atmosfeer en men is hiermee in staat om straling de infrarode straling van de zon, die terug het heelal in gereflecteerd wordt te onderscheiden van de infrarode straling die uitgestraald wordt door de aarde. En dit kan men gaan doen op verschillende hoogte in de atmosfeer, van boven tot onder. Deze satelliet werd in maart 2000 de ruimte ingestuurd en dus heeft men er al 10 jaar lang data meer verzameld.

Doordat 10 jaar een relatief korte tijd is om voldoende data in te zamelen, is het resultaat dus nog niet echt 100% betrouwbaar. Er is nood aan data van over een langere periode om deze zaak verder te gaan uitpluizen, zeker wanneer men deze data wil gebruiken om voorspellingen te gaan doen op lange termijn. En dit is juist wat men wil doen bij de klimaatmodellen. Om een idee te krijgen over wat er zal gebeuren met de wolken wanneer het een lange tijd warmer is op aarde, moet er gewacht worden tot het een relatief lange tijd warmer is op aarde. Pas dan kan men met zeker gaan zeggen wat het effect is en kan ervan uitgegaan worden dat het ervaren verschijnsel zich opnieuw zal voordoen wanneer het een volgende keer warmer is of verder warmer wordt op aarde. Maar tot dat dit zich voordoet, kan men enkel voorgaan op de waargenomen verschijnselen tijdens de relatief korte periodes dat het warmer was op aarde. En uit deze korte periodes kan men ergens al een idee krijgen wat men kan verwachten indien het een lange periode warmer is.

Maar in het algemeen kan men er wel over eens zijn dat de analyse die Andrew Dessler heeft uitgevoerd, toch wel een handig diagnostisch hulpmiddel is. Het kan gebruikt worden om de bestaande klimaatmodellen te gaan 'ijken'. Met ijken wordt bedoeld dat men kijkt in hoever de voorspellingen overeenkomen met de waarnemingen. Namelijk, bij de klimaatmodellen heeft men nu ergens een richtlijn over hoe men de invloed van de wolken of dus de concentratie waterdamp moet in rekening brengen. En men kan dit gaan controleren de voorbije 10 jaar te gaan simuleren en te kijken of de resultaten overeenkomen met de waarnemingen die men heeft opgenomen met de Terra satelliet. Zo kan men, in het mate van het mogelijke, zeker zijn dat het beschouwde klimaatmodel een betrouwbaar resultaat geeft.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [scientificamerican]