Hoe werkt klimaatverandering: Weer en Klimaat

Goeiedag, het is vandaag zondag 15 september 2019, ik ben Jozef Van Giel en dit is de 386^ste aflevering van deze podcast.

Vandaag horen jullie de eerste episode van een reeks over klimaatverandering.

Het klimaat versus het weer

Het eerste dat je moet begrijpen is dat het klimaat en het weer twee verschillende zaken zijn, ook in de manier waarop je beide problemen modelleert om er voorspellingen over te maken. Een dooddoener van klimaatontkenners is dat “ze het weer niet op een week na correct kunnen voorspellen, dus, hoe kan je dan nog geloven dat ze het klimaat over 50 jaar zouden kunnen voorspellen?”. De persoon die dit zegt begrijpt duidelijk niet wat het verschil is tussen beide en waarom de voorspellingen in beide gevallen fundamenteel verschillend zijn. Ik hoop om dat tegen het einde van de volgende aflevering wat duidelijker te maken.

Het weer zijn de meteorologische omstandigheden op een specifiek tijdstip en ,op een specifieke plaats. Volgens WikipediA is “Het weer is de gesteldheid van de atmosfeer op een bepaald ogenblik.” Het weer kan je uitdrukken in enkele duidelijke parameters die zich voordoen op specifieke tijdstippen en plaatsen. De belangrijkste parameters van het weer zijn: de temperatuur, de luchtdruk, de windsnelheid en -richting, de bewolking, luchtvochtigheid, enzovoort, die je kan uitdrukken met een bepaalde waarde op een bepaald tijdstip en op een bepaalde plaats.

Je kan over het weer van een dag of etmaal spreken en dan stel je vast dat deze parameters in de loop van de dag variëren. In dat geval kan je spreken over de minimale, maximale en gemiddelde waarde. Daar hebben de meeste mensen al genoeg aan, maar een statisticus houdt er ook van om de kwartielen of de standaardafwijkingen erbij te hebben. Kwartielen zijn de punten waar 1 vierde, 2 vierde en 3 vierde van de meetwaarden boven zitten. De standaardafwijking of spreiding is een parameter voor de mate waarin de metingen van elkaar afwijken. De standaardafwijking geeft een zone rond het gemiddelde aan waarbinnen 68% van de metingen zitten. Eigenlijk heb je bij een meting een standaardfout, die een benadering is van de standaardafwijking welke een theoretische parameter is. Wat je moet onthouden is, dat het niet alleen belangrijk is wat je gemiddelde waarde is, maar ook hoeveel de waarden variëren en wat de extremen zijn.

Tenslotte kan je het weer ook voor een bepaalde regio in plaats van voor één specifieke plaats vastleggen, bijvoorbeeld België of Nederland, ofwel West-Vlaanderen, Holland etc… Ook in dit geval zijn minima, maxima enz belangrijk om te beschrijven. Op weerkaarten zal men dan dikwijls ook werken met meteorologische lijnen. Lijnen die punten op de kaart verbinden waar een bepaalde parameter dezelfde waarde heeft. De meest gekende zijn de isobaren — dat zijn lijnen van gelijke druk — en het interessante aan die lijnen is dat die mooi tonen hoe winden zich over de landkaart zullen bewegen. Maar je kan ook isothermen tekenen, lijnen van gelijke temperatuur, enz…

Het klimaat is eigenlijk een abstracter begrip dan het weer. Toch is het een zeer belangrijk begrip omdat het klimaat veel meer de flora en fauna en de leefbaarheid van een regio bepaalt dan het weer.

De definitie op WikipediA luidt; “Het klimaat is de gemiddelde weerstoestand (temperatuur, windkracht, bedekkingsgraad en neerslag) over een periode van minimaal 30 jaar.”

Het klimaat is een verzameling van gemiddelden, minima en maxima van weerfenomenen over het jaar heen bekeken over een langere periode. Elk woord hier is belangrijk. Je kan twee streken hebben met een gelijke gemiddelde temperatuur over het jaar heen, die toch een ander klimaat voorstellen, omdat de ene zeer grote variaties tussen de zomer en winterperiode heeft en de andere veel minder.

Een typisch voorbeeld is het verschil tussen een continentaal en een maritiem klimaat. De zee zal in een maritiem klimaat de koude in de winter en de hitte van de zomer temperen terwijl dat in een continentaal gebied niet zal gebeuren. Er zijn ook streken waar de verschillen tussen zomer en winter niet zo groot zijn, maar wel tussen dag en nacht. Dat is een typisch verschijnsel voor woestijnen waar het ’s nachts kan vriezen en over dag meer dan 40 °C worden.

Ook voor neerslag kan je gelijkaardige verschillen over verschillende klimaten zien. In sommige plaatsen, de lage landen, maar nog meer in Schotland, regent het soms dagen aan een stuk een heel klein beetje. In West-Vlaanderen noemen ze dat “miezeren”. Ik vind dat dat een officieel Nederlandstalig woord moet worden. Terwijl er andere plaatsen zijn waar het bijna nooit regent, maar als het regent valt het met bakken waardoor er uiteindelijk, gemiddeld over het jaar, meer neerslag valt dan in het miezerland. Er bestaat ook zoiets als een microklimaat. Dat is een klein gebied waar het klimaat afwijkt van de regio errond. Dat kan gebeuren als gevolg van gebergten of andere fysische barrières. Een mooi voorbeeld is Death Valley in Californië, waar de zeewind wordt tegengehouden door twee bergketens die de wolken doen uitregenen waardoor er geen neerslag in Death Valley kan vallen en geen verkoelende wind is. Het gevolg is een zeer droge vallei.

Het is ook belangrijk om te begrijpen dat we met klimaat een gemiddelde over meerdere jaren, volgens WikipediA, 30 jaar, bedoelen. Met andere woorden, één hete zomer, of één koude winter, maakt nog geen klimaatverandering. Om die reden is het ook onmogelijk om de oorzaak van één extreem hete dag of felle storm te zoeken bij de klimaatverandering. Omdat klimaatverandering, verandering van weersgemiddelden en extremen is, kan je alleen maar zeggen dat een stijging van het aantal hete dagen of grote stormen over een bepaalde periode het gevolg zijn van de klimaatverandering, niet één zo’n dag.

Het klimaat van een bepaalde regio wordt door vele factoren bepaald. Niet alleen de afstand tot de evenaar die de hoeveelheid zonnewarmte per eenheid van oppervlakte bepaalt, maar ook de nabijheid van grote wateroppervlakken die de lucht afkoelen in de zomer en opwarmen in de winter, bergen die zorgen voor stijgingsregens en andere fenomenen, de vegetatie, de ondergrond enz.

Over het algemeen zal er een luchtcirculatie ontstaan die loopt tussen warme gebieden en koude gebieden. Als lucht opwarmt, zet ze uit. Uitgezette lucht is lichter dan koude – samengepakte — lucht en stijgt dus. Het gevolg is dat er op die plaats een lage luchtdruk ontstaat waardoor er lucht vanuit een kouder en hoger drukgebied naartoe zal geperst worden. Aan de aardoppervlak krijg je dus een wind van een koude zone naar een warmere zone, op grote hoogte krijg je net de omgekeerde wind. De lucht door de opwarming die opstijgt zal zicht verplaatsen en onderweg afkoelen om dan naar beneden te komen. Dit fenomeen doet zich op de Aarde voor tussen de evenaar en 30° noorderbreedte en zuiderbreedte. Doordat de zon aan de evenaar recht op het aardoppervlak schijnt, produceert die daar heel veel warmte waardoor de lucht daar gaat stijgen.

Op 30° noorderbreedte en zuiderbreedte zakt die lucht weer. Maar de verhoogde druk die zo ontstaat, zorgt er ook voor dat er lucht nog verder weg van de evenaar geduwd wordt. Maar aangezien het daar nog kouder is, gaat deze lucht opnieuw stijgen boven de lucht die er is. Op deze manier ontstaat er een tweede luchtcirculatie tussen 30° en 60°. En tenslotte herhaalt dit zich nog eens tussen 60° en de polen. Dat zijn de basisstromen. De werkelijke windstromen zijn complexer omdat er ook nog invloed is van de zee, bergen, begroeiing en ook de corioliseffect.

Dat laatste is zeer interessant om te begrijpen. Het corioliseffect zorgt ervoor dat de wind niet van een hogedrukgebied recht naar een lage drukgebied waait, maar in een spiraal van het hogedrukgebied weg beweegt, terwijl het in een spiraal in omgekeerde richting naar het lagedrukgebied beweegt. In het noordelijk halfrond draait de wind in tegenwijzerzin rond een lagedruk gebied, op het zuidelijk halfrond is het net omgekeerd.

We kunnen stellen dat lucht zich verplaatst van hoge druk naar lage druk (denk aan het leeglopen van een opgeblazen ballon of gewoonweg aan blazen met de mond). Maar op Aarde speelt het corioliseffect. Het is een moeilijke naam voor iets dat in wezen vrij simpel is éénmaal je het begrijpt. Het is het gevolg van de rotatie van de Aarde. Aan de evenaar draait de Aarde met een snelheid van 40.000 km/dag van west naar oost, maar meer naar het noorden wordt de draaicirkel en dus ook de snelheid kleiner totdat je op de Noordpool op één dag maar net één keer om je as draait — tenminste, als je daar zou staan en je het daar één dag zou uithouden van de kou ;).

Beeld je nu in dat je een pakketje lucht bent op grondniveau op 30° noordelijker dan de evenaar. De draaicirkel van de Aarde is daar kleiner dan aan de evenaar. Je beweegt dan met de grond mee met een snelheid die kleiner is dan 40.000 km/dag (=1670 km/h) — ongeveer 34.640 km/dag (=1440 km/h) — van west naar oost. Als nu de druk op de evenaar kleiner is dan meer noordelijker (wat doorgaans het geval is – zie uitleg over werking van de zon) dan gaat dit pakketje lucht naar het zuiden beginnen bewegen, maar het komt dan boven grond die sneller van west naar oost beweegt. Omdat het pakketje een kleinere snelheidscomponent van west naar oost had dan de grond gaat het ACHTERLOPEN op de grond en dus voor een waarnemer afbuigen naar het westen. Om dezelfde reden zal aan het grondoppervlak van zuid naar noord waaiende lucht afbuigen naar het oosten. De lucht die naar het lagedrukgebied geperst wordt zal het lagedrukgebied telkens net missen langs het westen van het lagedrukgebied als het van de evenaar komt en langs het oosten als het naar de evenaar beweegt. Dus zal de wind in een spiraal rond het lagedrukgebied draaien. In tegenwijzerzin in het noordelijk halfrond en in wijzerzin in het zuidelijk halfrond. Op dezelfde manier draait de lucht die wegwaait van een hogedrukgebied in wijzerzin rond het hogedrukgebied in het noordelijk halfrond en in tegenwijzerzin in het zuidelijk halfrond.

Hoofdzaak is dat je weet dat rondtollende luchtmassa’s ontstaan door de draaiing van de Aarde. Op een niet rond zijn as draaiende planeet zouden de winden recht van hoge- naar lagedrukgebieden waaien.

Op de links staat er een youtube filmpje dat dit proces mooi illustreert. Dat is trouwens een videokanaal met zeer goede uitleg over hoe het weer werkt.

Nog dit: dat het water in je bad rond het afvoerputje draait, heeft niets met het corioliseffect van de aarde te maken. Op die kleine schaal zijn die krachten veel te klein.

Tenslotte is er nog een ander belangrijk begrip waar we ons bewust moeten van zijn en dat is de gemiddelde temperatuur van de Aarde. Het is perfect mogelijk dat de gemiddelde temperatuur op een specifieke plaats op Aarde jaar na jaar blijft dalen ondanks dat de gemiddelde temperatuur van gans de Aarde stijgt. Omgekeerd is het ook mogelijk dat, alhoewel de gemiddelde temperatuur van de Aarde over 200 jaar met maar één graad stijgt, dat die op sommige plaatsen veel meer stijgt.

Veel klimaatontkenners komen graag met het argument af: “We kunnen het weer met moeite voor vijf dagen voorspellen en klimaatwetenschappers hebben de pretentie te denken dat ze het klimaat van binnen 50 jaar kunnen voorspellen”.

Dat argument houdt nochtans geen steek en om dat uit te leggen geef ik je hieronder enkele voorbeelden waar de specifieke waarden moeilijk te voorspellen zijn, maar trends des te meer.

Het eerste en eenvoudigste: neem 20 dobbelstenen en nummer ze van 1 tot 20. Steek ze in een beker, schud ermee en gooi ze op tafel. Het is onmogelijk om te voorspellen hoeveel ogen dobbelsteen nr. 8 gooide, maar je kan met een redelijk grote zekerheid zeggen dat het gemiddelde aantal ogen van alle dobbelstenen rond 3,5 zal liggen. Hoe meer dobbelstenen ik neem, hoe dichter dat gemiddelde bij 3,5 zal liggen.

Het tweede voorbeeld is een eenvoudig model van een weersituatie. Neem een kookpot en doe er wat water in. Zet hem half op een kookplaat van een fornuis, zodat slechts de helft van de pot door het fornuis wordt opgewarmd en breng hem aan de kook. Na een tijdje zal je vaststellen dat het water in de pot begint rond te draaien. Het water boven de kookplaat stijgt en beweegt langs het oppervlak richting de koude kant van de pot. Tegelijk beweegt het koude water van de koude zone langs de bodem naar de kookplaat. Dat komt omdat het water door de opwarming uitzet en daardoor naar boven beweegt. Daardoor ontstaat er een onderdruk op de bodem waardoor het koude, zware water ernaartoe door het drukverschil wordt geduwd. Als je als kookpot een schotel van vuurvast glas neemt en wat schilfertjes houtzaagsel aan het water toevoegt, kan je die beweging duidelijker zien.

Nu kan je vrij eenvoudig de gemiddelde temperatuur van het water in deze pot op een bepaald tijdstip berekenen. Je hoeft enkel te weten hoeveel energie de kookplaat in het water brengt, hoe lang de kookplaat aan staat, hoeveel water er in de pot is, hoe warm het water bij aanvang was, wat de warmtecapaciteit van water is en hoeveel warmte er bij een specifiek temperatuurverschil langs de wanden van de ketel en door verdamping verloren gaat. Het is geen basisschoolwiskunde, maar elke pas afgestudeerde ingenieur kan je dat met de glimlach berekenen. Maar als je hem vraagt hoe snel het water op een bepaalde plek in de pot op een bepaald tijdstip beweegt, dan zal die ingenieur in zijn haar krabben. Hij moet veel meer parameters kennen, temperatuurverschillen tussen verschillende plaatsen in die pot berekenen, interne wrijvingen, wrijving van de wanden en zo verder. Maak nu die pot wat langer en steek er wat meer hindernissen en zo in, en het tweede probleem, namelijk: hoe snel het water op een bepaalde plaats stroomt, wordt nog veel moeilijker, terwijl de moeilijkheid van het eerste probleem weinig verandert.

Zo’n kookpot, maar nog groter, en met nog wat meer complexiteit, is de Aarde. Die temperatuur op één tijdstip is het weerprobleem, die gemiddelde temperatuur in een bepaalde zone is het klimaatprobleem.

Volgende keer gaan we in op hoe de temperatuur op de Aarde ontstaat. Het zal verder duidelijk maken waarom klimaat beter te voorspellen is dan weer.

Lees hier verder over wat open systemen zijn en wat dat met het klimaat op aarde te maken heeft: https://www.kritischdenken.info/hoe-werkt-klimaatverandering-open-systemen/

Vandaag opnieuw een citaat van Hans Rosling.

Rosling zei

<blockquote>Zonder cijfers krijg je geen inzicht in de wereld. Met alleen cijfers ook niet.</blockquote>

Filmpje dat uitlegt hoe de coriolis versnelling op wolken inwerkt. https://www.youtube.com/watch?v=PDEcAxfSYaI

Dat videokanaal is trouwens zeer interessant voor wie meer over het weer wil begrijpen https://www.youtube.com/channel/UCylCbuzRsB92Gc1l8ru6VIg/videos