Opwarming door nachtelijke onrust

Er is een belangrijke paper verschenen die meer licht werpt op hoe we temperatuurmetingen moeten interpreteren. Eerste auteur Richard McNider blogde over het artikel op de blog van Roger Pielke sr. en ook Anthony Watts pikte het op. Coauteurs van de paper zijn Bert Holtslag en Gert-Jan Steeneveld van Wageningen Universiteit.

De grafiek hierboven is afkomstig uit de paper en zegt meer dan de spreekwoordelijke duizend woorden. Linksboven is te zien dat de minimum temperaturen (Tmin) boven land veel sterker zijn gestegen dan de maximum temperaturen (Tmax). Rechtsboven is te zien dat klimaatmodellen de verschillen in trends tussen Tmin en Tmax niet goed simuleren. In klimaatmodellen is er nauwelijks verschil tussen Tmin en Tmax.

De paper van McNider en collega’s onderzoekt nu wat de oorzaak kan zijn van die snellere opwarming in de nacht. Een van de belangrijkste conclusies van het artikel is:

Based on these model analyses, it is likely that part of the observed long-term increase in minimum temperature is reflecting a redistribution of heat by changes in turbulence and not by an accumulation of heat in the boundary layer. Because of the sensitivity of the shelter level temperature to parameters and forcing, especially to uncertain turbulence parameterization in the SNBL (de atmosferische grenslaag in de nacht, red.), there should be caution about the use of minimum temperatures as a diagnostic global warming metric in either observations or models.

Nou laat me dat even vertalen. De toegenomen Tmin is niet zozeer het gevolg van een accumulatie van warmte (in de hele grenslaag) maar meer het gevolg van een herverdeling van de warmte binnen de nachtelijke grenslaag. Toegenomen turbulentie is de oorzaak van die herverdeling van de warmte, vandaag de wat cryptische kop “Opwarming door nachtelijke onrust”.

’s Nachts is de atmosferische grenslaag doorgaans vrij ondiep (zo’n 200 meter) en stabiel. Aan de grond koelt de temperatuur het snelst waardoor er in de onderste tien, twintig meter van de atmosfeer een steil temperatuurprofiel ontstaat, waarbij het op tien meter hoogte warmer is dan vlak aan de grond. Temperatuurmetingen worden standaard uitgevoerd op een hoogte van 1,5 meter. McNider en collega’s hebben nu berekend wat er gebeurt als er ’s nachts meer straling het oppervlak bereikt (door toegenomen CO2 en andere broeikasgassen, maar ook door extra waterdamp of straling afkomstig van aerosolen). De extra straling verstoort de stabiele grenslaag waardoor er net als overdag turbulentie ontstaat. Warmte van boven wordt daarbij getransporteerd naar beneden waardoor Tmin toeneemt. Dit is, zo stellen de auteurs, echter geen goede maat voor klimaatverandering, want daarbij gaat het er meer om dat de hele grenslaag meer warmte gaat bevatten en dat is niet het geval.

De ironie van dit onderzoek (dat al jaren gaande is en waarover meerdere papers verschenen zijn, zowel van McNider als van Steeneveld, Pielke etc.) is dat het wel degelijk CO2 is dat deze nachtelijke verstoring kan veroorzaken (wind kan een soortgelijk effect sorteren overigens net als urbanisatie) en dat tegelijkertijd het gevolg hiervan is dat Tmin geen goede maat meer is om het effect van een toename van CO2 op het klimaat te monitoren.

En dus suggereert McNider in zijn blogartikel om alleen Tmax te gebruiken als maat voor klimaat:

Thus, it may be better for current climate models, when they test replication of past climates and to project future global warming, to only use maximum temperatures rather than the current metric of using the mean daily temperature, which contains the minimum temperature.

Dit is een zeer belangrijke opmerking. Bedenk dat het ‘bewijs’ uit het laatste IPCC-rapport dat het merendeel van de opwarming sinds 1950 het gevolg is van antropogene broeikasgassen gebaseerd is op het feit dat de gemiddelde temperatuur in klimaatmodellen min of meer overeenkomt met de waargenomen gemiddelde temperatuur.

Klimaatmodellen, zo stelt de McNider-paper, beschikken echter niet over de verfijnde processen die bepalen dat Tmin sterker toeneemt. Ze onderschatten de trend in Tmin en overschatten daarom de trend in Tmax. McNider suggereert daarmee dat de klimaatmodellen met het overschatten van Tmax wel eens het opwarmende effect van CO2 kunnen overschatten.

Maximum temperature observations made in daytime boundary layers which are 1- 2 km in depth, reflect a measure of a much deeper layer temperature.  Thus, the instrumental observational data when viewed in light of boundary layer theory is showing that most of the warming is occurring in a very thin layer and the deeper atmosphere, as captured by Tmax, is not warming as much as models.