Waarom is de klimaatverandering niet overal op aarde

Waarom is de klimaatverandering niet
overal op aarde gelijk ?
Prof. Nicole van Lipzig
Afdeling Geografie
Department of Earth- and Environmental Sciences
K.U.Leuven, Celestijnenlaan 200E, B-3001 Heverlee
Mercator 500 jaar later: een nieuwe kijk op de wereld 16 Februari 2012
Gerard Mercator
• Gerard Mercator: kaartenmaker die zocht naar de
structuur van de gehele machine van de wereld
(biography door Babicz)
• Een geografisch perspectief: wereld begrijpen door
verdeling over de aarde te observeren en
analyseren en de onderliggende relaties bloot te
leggen (national geographic)
• Het doel van deze lezing is om inzicht te krijgen in
de ruimtelijke patronen van klimaatverandering.
• Nodig om de juiste keuzes te kunnen maken
(mitigatie en adaptatie)
Inhoud
•
•
•
•
•
•
Introductie
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
Ruimtelijke verdeling van neerslag
Menselijke invloeden op het klimaat
Kantelpunten (tipping points)
Gevolgen van klimaatverandering
Introductie
We zien de wereld om ons heen veranderen
MOUNT KILIMANJARO, AFRIKA: NASA's Landsat satelliet
op 7 Februari 1993 (links) eb 21 Februari 2000 (rechts)
Introductie
• Lake Chad (Sahel) is gekrompen van een oppervlakte van 25000
km² in 1960 tot1350 km²
1963
1997
Introductie
TOBOGGAN GLACIER, ALASKA Links: 29 Juni 1909. Rechts: 4 September 2000.
Introductie
• Vragen over duurzame ontwikkeling: welke risico’s accepteren
we? Waar liggen
de grenzen die
we beter niet
overschijden?
Rochström et al.
(Nature, 2009)
definieren
planetaire
systemen
waarvan klimaatverandering er
een is.
Rockström et al., Nature, 2009
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
• De mondiale opwarming is
niet wat ons treft: gevolgen
zijn meestal lokaal en
hangen samen met meer
factoren dan temperatuur
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
IPCC, 2007
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
• CO2 is gelijkmatig verdeeld over de globe; aerosolen hebben
sterk ruimtelijk patroon
• Land warmt meer op (met name de continentale gebieden):
Oceaan heeft hoge warmtecapaciteit en een hoog koelend
effect door de verdamping die optreedt
• Arctische gebieden: positieve terugkoppeling door
zeeijsterugtrekking: afname albedo and toename van de
aanvoer van warm water uit lagere breedten
• De sterke opwarming in de winters in noord-Europa van 19601990 kwam door een meer positieve fase van de NAO (Hurrell
en van Loon, 1997). Er komt steeds meer bewijs dat de NAO
variabiliteit gedreven worden door invloeden van de
oceaantemperatuur
• Meer opwarming in de droge subtropen dan in de natte tropen
(b.v. Afrika) door het koelend effect van de verdamping
dagelijkse gang in
temperatuur (°C)
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
De dagelijkse
gang in
temperatuur
neemt duidelijk af
dagen per decade over laatste 50 jaar
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
• De beweging van soorten wordt door menselijke activiteiten
bepaald. Reproductie en spreiding worden door condities op
de site bepaald zoals klimaat (Walther et al., Nature, 2002)
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
Larsen Ice Shelf 2002
31 January 2002
MODIS beelden van NASA's Terra satellite,
National Snow and Ice Data Center, University
of Colorado, Boulder
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
17 February 2002
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
23 February 2002
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
05 March 2002
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
Sam index is toegenomen (drukverschil tussen polaire gebieden
en gematigde breedtes): sterkere westenwinden
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
Toename in westenwinden leidt tot een toename in temperatuur
aan de lijzijde van de berg (Föhn-effect) (van Lipzig et al., J. Clim, 2008)
Ruimtelijke verdeling van temperatuur
• Gerard Mercator
Oorzaak toename in westewinden: toename in broeikasgassen
en afname van stratosferisch ozon door menselijk handelen
Ruimtelijke verdeling van neerslag
• Gerard Mercator
Ruimtelijke verdeling van neerslag
• Gerard Mercator
Ruimtelijke verdeling van neerslag
• Toename neerslag hoge breedtes
• Afname neerslag in de subtropen
• Toename neerslag in de tropen
Ruimtelijke verdeling van neerslag
• Gevolgen: Afvoer van rivieren op hoge breedtes neemt toe
terwijl rivierafvoer in het midden-oosten, Europa en centraal
amerika gaan afnemen
Ruimtelijke verdeling van neerslag
Waterstress: ratio tussen afname van water en beschikbaarheid
• 20e eeuw: bevolking
verdriedubbeld;
watergebruik
verzesdubbeld
• één op de zes mensen
geen veilig drinkwater
• zoetwater is gelimiteerd
• Afname in neerslag in
gebieden met
waterstress
http://www.worldwatercouncil.org
Ruimtelijke verdeling van neerslag
Mechanisme
• Warme lucht kan meer vocht bevatten
• We kunnen dit kwantificeren met de
Clausius-Clapeyron relatie
• Voor temperaturen op aarde neemt het
vocht in de atmosfeer toe met 7% per °C
• Vochttransport is gelijk aan neerslag
minus verdamping
• Nulde orde benadering van probleem:
Held en Soden, J. Clim., 2006
Gerard Mercator
• Impacts
Held en Soden, J. Clim., 2006
Ruimtelijke verdeling van neerslag
•
•
•
•
•
Thermodynamisch
Thermodynamische effect wordt gedeeltelijk gecompenseerd door iets
zwakkere circulate
Opwarming zorgt voor een toename in contrasten
In totaal neemt de neerslag met zo’n 5% toe de komende 100 jaar
Verdroging in subtropen rijkt verder poolwaarts dan thermodynamisch
verklaard kan worden
Held en Soden, J. Clim., 2006
Ruimtelijke verdeling van neerslag
• Poolwaartse expansie
van:
• Hadley cel
• Subtropische hoge
drukgebieden
• Stormbanen
Ruimtelijke verdeling van neerslag
Ruimtelijke verdeling van neerslag
• Verandering in winter (DJFM) neerslag door een toename van
1 van de NAO index over 1900 tot 2005. Contour 0.1 mm per
dag (Hurrell et al., 2003).
Ruimtelijke verdeling van neerslag
Verdroging in mediterrane gebieden
komt door:
– Thermodynamische effect
– Poolwaartse expansie van: Hadley
cel; Subtropische hoge
drukgebieden; Stormbanen
– Meer positieve fase van de Noord
Atlantische Oscillatie
Menselijke invloeden op het klimaat
• Hoe weten we dat de veranderingen die we hebben gezien
veroorzaakt worden door menselijk handelen en dat we dus
invloed hebben?
• We hebben maar één aarde dus kunnen geen verschillende
experimenten doen.
• Er zijn sterke argumenten uit de wetenschap:
• Ons labo zijn de GCMs (General Circulation Models)
• We kunnen berekeningen doen met en zonder broeikasgassen
• Het blijkt dat we enkel met de waargenomen veranderingen in
broeikasgassen de temperatuursveranderingen in de vorige
eeuw kunnen verklaren.
Gerard Mercator
• Tipping points
Menselijke invloeden op het klimaat
Andere argumenten:
• In het paleoklimaatarchief is een zeer goede relatie gevonden
tussen temperatuur en broeikasgassen
• We hebben in de laatste 740 000 jaar (180 en 300 ppm) nog
nooit zo’n hoge CO2 concentraties gehad als nu (393 ppm)
• We begrijpen de fysische mechanismen: het broeikas effect
werd ondekt door Joseph Fourier (1824) en gekwantificeerd
door Svante Arrhenius (1896) (de laatste ontwikkelde een
theorie om de ijstijden te verklaren)
• De hoeveelheid koolstof die we hebben uitgestoten is genoeg
om de CO2 conditions van 500 ppm verklaren
• De isotoop signatuur duidelijk op verbranding van fossiele
brandstoffen wijst (de verhouding 13C/12C ratio was nog nooit
zo laag als nu in de laatste 10.000 jaren)
Menselijke invloeden op het klimaat
Op globale schaal is de toename in broeikasgassen de
belangrijkste verklarende factor voor de opwarming
IPCC, 2007, Summary for policy makers
Menselijke invloeden op het klimaat
• Landgebruik veranderingen slechts
sumier opgenomen in IPCC 2007
• Deze kunnen globaal (teleconnecties) en
regionaal een sterk effect hebben
• Ontbossing (albedo en evapotranspiratie)
• Urban heat island
Tipping points
“Society may be lulled into a false sense of
security by smooth projections of global
change” (Lenton et al., Nature, 2008)
Risico = kans x gevolg
De kans op kantelpunten (tipping points) is
klein, maar de gevolgen zijn groot
Tipping points
de opwarming van de aarde is iets van
alle tijden
er waren in het verleden periodes waar
het warmer was dan nu
ijstijden traden op: -700, -300, -2 miljoen
jaar geleden
het systeem aarde veranderde drastisch
de laatste 10.000 jaar waren relatief
stabiel (Holoceen)
gedurende het Holoceen kon de
menselijke beschaving (vaste
woonplekken, de landbouw,
enzovoorts) opkomen en zich
ontwikkelen
Indicatie van temperatuur en neerslag
verloop gedurende de afgelopen 2000
miljoen jaar
Tipping points
• Zonder menselijke invloed verwachen we dat het
Holoceen nog enkele duizende jaren zal duren (Berger en
Loutre, Science, 2002)
• Er zijn indicaties dat door de menselijke invloed op het
klimaat, de aarde buiten dit stabiel evenwicht zou worden
gedrukt
• Complexe systemen (ecosystemen, financiele markten,
klimaat, …) hebben zgn “tipping points” (bifurcatiepunten;
omslagpunten) (Scheffer et al., Nature, 2009)
• Het is bijna onmogelijk deze te voorspellen
• De centrale vraag is hoe een samenleving met risico en
onzekerheid wil omgaan (Rockström et al., nature, 2009)
• Mogelijke tipping points zijn in kaart gebracht (Lenton et al.,
PNAS, 2006)
Tipping points
Tipping points
Wat kunnen we leren van het paleoklimaatarchief?
• Best gedocumenteerde abrupte klimaatveranderingen in het
paleoklimaatarchief hangen samen met veranderingen in
oceaancirculatie door verandering in de vorming van atlantisch
diep water (b.v. Jong Dryas events 12 kjaar geleden)
• Grote veranderingen in tropische neerslag gedetecteerd in
marine sedimentkernen in het verleden door verschuiving ITCZ
• De ITCZ werd zuidwaarts gedrukt wanneer er koude events
optraden op hoge breedten (Heinrich stadial 1 en . Jong Dryas)
(Schefuss et al., Nature, 2011) door teleconnecties
Tipping points
Tipping points
Het identificeren van tipping points roept vragen op over
duurzame ontwikkeling: welke risico’s accepteren
we? Waar liggen de grenzen die we beter niet overschijden?
IPCC zegt dat afzwakking van de MOC gebeurt, maar stilvallen
niet waarschijnlijk is
Er is momenteel geen wetenschappelijke consensus over de
vraag hoe om te gaan met de tipping points
In huidige impact en adaptatie-studies zijn de tipping points
momenteel niet in rekening genomen
Gevolgen van klimaatverandering
Emissions
Mitigation
Climate
change
Climate
variability
Non-climatic
factors
Exposure
Sensitivity
to climatic stimuli
to climatic stimuli
Adaptive
capacity
Adaptation
Impacts
of climate change
Vulnerability
to climate change
Greiving et al., ESPON CLIMATE EU - Climate Change and Territorial Effects
on Regions and Local Economies
Gevolgen van klimaatverandering
• Klimaatverandering lijkt
de bestaande socioeconomische verschillen
tussen de kern van
Europa and de periferie
te versterken
Greiving et al.
Gevolgen van klimaatverandering
• Gerard Mercator
Impact hot spots:
toerisme aan de
kustlijn en in de
bergen
zeeniveau
veranderingen aan
de kustlijn
Greiving et al.
Gevolgen van klimaatverandering
• Adaptieve capaciteit:
economische middelen
om adaptatiemaatregelen
uit te voeren
• Laag in zuid en oost
Europa
Greiving et al.
Gevolgen van klimaatverandering
•
•
Afrika is het meest kwetsbare continent door grote klimaatverandering,
multiple stress en lage adaptieve capaciteit
Kwetsbaarheid groot in mega eltas in Azie en de kleine eilandengroepen
door de verwachte zeeniveauverandering
Besluit
• Meer weten over regionale gevolgen van klimaatverandering?
• Kom naar de Mercatortentoonstelling op de Campusbibliotheek
Arenberg te Heverlee v.a. 22 Maart 2012