|

13 Juni 2021

Millennium analyse: zon toont langdurig perfecte correlatie met temperatuur en transitieklimaatgevoeligheid CO2 (1,08 °C) ligt hierbij vlak onder de IPCC-bandbreedte

Martijn van Mensvoort

De zon levert 99,97% van alle energie die het klimaatsysteem van de aarde aandrijft. Het isotoop carbon-14 [¹⁴C] staat bekend als een proxy voor de magnetische activiteit van de zon. Voor de periode 910-1950 toont het 378-jarig gemiddelde voor ¹⁴C een bijzonder hoge correlatie met de mondiale temperatuur: 0,994; hierbij wordt 98,8% van de variantie in de temperatuur verklaard door ¹⁴C. Rekening houdend met de invloed van vulkanische activiteit toont de klimaatgevoeligheid voor een verdubbeling van CO2 hierbij een waarde van 1,08 °C. Deze waarde ligt vlak onder de bandbreedte van 1,2-2,4 °C voor de transitieklimaatgevoeligheid [TCS] die het IPCC beschrijft in haar meest recente uitgebreide klimaatrapport (AR5, 2013) op basis van CMIP5 klimaatmodellen met een geschat bereik van 5-95%. Voor de energietransitie is de TCS van groter belang dan de evenwichtsklimaatgevoeligheid [ECS]; het IPCC beschrijft hiervoor een bandbreedte van 1,5-4,5 °C (welke betrekking heeft op een periode in de orde van tenminste enkele honderden tot mogelijk zelfs duizenden jaren). Tenslotte blijkt uit lange termijn gemiddelde waarden dat ¹⁴C een consistent beeld toont met datasets voor de totale zonnestraling. Logischerwijs betekent dit dat ¹⁴C een proxy vormt voor zowel de magnetische activiteit van de zon als de totale zonnestraling.

Natuurlijke variabiliteit kenmerkt het klimaatsysteem en wordt vergezeld door niet-lineaire verbanden en chaos [Rial et al., 2004]. Het maken van specifieke betrouwbare voorspellingen is daarom onmogelijk. In 2001 beschreef het IPCC dit als volgt: "The climate system is a coupled non-linear chaotic system, and therefore the long-term prediction of future exact climate states is not possible." (bron citaat: IPCC TAR3 2001, p.215). Niet-lineaire verbanden en chaos spelen eveneens een rol bij het complex van cycli dat wordt aangetroffen bij de zon. Dit verklaart waarom de omvang van fluctuaties in de activiteit van de zon zich eveneens niet gemakkelijk laat voorspellen. Het verleden toont wel aan dat de activiteit van de zon via niet-lineaire verbanden een rol speelt bij het ontstaan van vulkanische activiteit. Dit verband is met name zichtbaar binnen lange termijn perspectieven, waarbij de hoogste vulkanische activiteit worden aangetroffen tijdens langdurige periodes met lage zonneactiviteit (grand solar minima) en vice versa [Steinhilber & Beer, 2011]. In het meest recente uitgebreide klimaatrapport van het IPCC wordt in de analyse echter geen rekening gehouden met de invloed van de zon via niet-lineaire verbanden binnen het klimaatsysteem [Dudok de Wit et al., 2016]. Wel is hierbij onderkend dat niet-lineaire verbanden en chaos de voorspellende waarde van klimaatmodellen voor zowel temperatuur als neerslag beperken; dit geldt voor zowel jaargemiddelde waarden als decennia waarden [IPCC AR5 2013].

Er bestaat een sterke parallel tussen enerzijds langdurige periodes van respectievelijk hoge en lage zonneactiviteit en anderzijds langdurige periodes van respectievelijk opwarming (waaronder de middeleeuwse klimaat anomalie) en afkoeling (zoals de Kleine IJstijd) [Feuler, 2013]. Bij het bestuderen van de invloed van de zon op het klimaat gedurende het afgelopen millennium zijn we grotendeels afhankelijk van proxies; het radioactieve isotoop ¹⁴C betreft de belangrijkste proxy die hiervoor beschikbaar is [Usoskin et al., 2021]. In IPCC AR5 wordt echter geen aandacht besteed aan het sterke (niet-lineaire) verband dat wordt aangetroffen tussen ¹⁴C en de mondiale temperatuur.

Hier wordt een analyse gepresenteerd waarbij de ontwikkeling van de mondiale temperatuur (dataset: 2 Degrees Institute; vanaf 1880 betreft dit NASA's GISTEMP v4) tijdens het afgelopen millennium wordt verklaard op basis 3 factoren: (1) de activiteit van de zon in de vorm van ¹⁴C (dataset: Damon & Sonnett, 1991), in combinatie met: (2) vulkanische activiteit (datasets: ICI global AOD tot 1850 en NASA AOD vanaf 1850) en (3) CO2 (dataset: 2 Degrees Institute).
De ¹⁴C dataset beschrijft enkel data voor de periode 910-1950 omdat in de periode 1955-1960 de concentratie in de atmosfeer t.g.v. experimenten met de atoombom is verstoord [Muscheler et al., 2016]. Dit vormt tevens de reden waarom de analyse hier primair is gericht op de periode 910 t/m 1950. Een gunstige bijkomstigheid van deze benadering betreft de logische veronderstelling dat m.b.t. de periode tot 1950 de impact van antropogene invloeden op het klimaatsysteem relatief klein is geweest. Deze combinatie van factoren maakt de periode tot 1950 bij uitstek geschikt om de invloed van de zon te bestuderen [de Jager et al., 2006].

Lange termijn perspectief toont sterk verband tussen zon en temperatuur

Figuur 1 toont het resultaat van een regressie analyse gericht op de waarden van het 378-jarig voortschrijdend gemiddelde; het residu (rode curve) toont bij dit tijdspanne de kleinste bandbreedte met een omvang van iets minder dan 0,04 °C, waarbij 99,4% van de variantie in de temperatuur wordt verklaard door de combinatie van ¹⁴C, vulkanisme en CO2. De regressie formule voor de waarden van het 378-jarig voortschrijdend gemiddelde is de volgende:

Temperatuur = 0,003874xCO2 - 0,01943x¹⁴C - 11,01xAOD - 1,302

Bij gemiddelde waarden over kortere en langere periodes dan 378 jaar heeft het residu een grotere bandbreedte (+ veelal een verloop bij het model waarbij de meest recente periode niet parallel loopt aan de temperatuur, wat bij het 378-jarig voortschrijdend gemiddelde wel het geval is). Ter referentie toont figuur 1 tevens de waarden voor het 10-jarig voortschrijdend gemiddelde (weergegeven met schaalverhoudingen op basis van het 378-jarig voortschrijdend gemiddelde).

---

Figuur 1: De mondiale temperatuurontwikkeling gedurende het afgelopen millennium (periode 910-1950) wordt nagenoeg volledig (99,4%) verklaard door de variatie in de activiteit van de zon [¹⁴C] in combinatie met vulkanische activiteit (AOD = Aerosol Optical Depth) en CO2 op basis van het 378-jarig voortschrijdend gemiddelde. Hierbij wordt 98,8% van de variantie in de temperatuur verklaart door de zon op basis van een correlatie van 0,994 tussen ¹⁴C en de temperatuur. Het regressie resultaat toont een beeld dat representatief is voor de periode vanaf het jaar 1089 t/m 1761. Het verloop van de waarden van het 10-jarig voortschrijdend gemiddelde is bijgevoegd als referentie (fundamenteel bezien is tevens van belang dat CO2 anno 2020 volgens de NOAA AGGI verantwoordelijk kan worden gehouden voor ongeveer 2/3 deel van de impact van alle broeikasgassen tezamen).

---

Uit figuur 1 blijkt dat de temperatuur tussen 1089 en 1761 een ontwikkeling toont waarbij de lange termijn invloed van de zon op basis van ¹⁴C bijna exact werd gevolgd. Tussen 1100 en 1600 tonen beide factoren een geleidelijke daling waarbij het lange termijn gemiddelde vrijwel dezelfde beweging toont; het 10-jarige gemiddelde toont een beeld waaruit blijkt dat bij het korte termijn perspectief een niet-lineair verband tussen beide factoren wordt aangetroffen dat stand houdt t/m het einde van de ¹⁴C dataset in het jaar 1950. Vanaf ongeveer het jaar 1600 toont de zon het begin van een opwaartse beweging welke bij de temperatuur pas later duidelijk zichtbaar wordt. Beide factoren tonen wel een verloop dat min of meer parallel is. De temperatuur toont een (kleine) achterstand t.o.v. de zon tijdens de periode waarin de twee hoogste niveaus van vulkanische activiteit van het afgelopen millennium werden bereikt; this relates to the initial phase of the Spörer Minimum and the initial phase of the Dalton Minimum respectively.

Wanneer de invloed van de zon (via ¹⁴C) buiten beschouwing wordt gelaten dan produceert de combinatie van vulkanisme en CO2 een regressie resultaat met een verklaarde variantie van 79,9% (bandbreedte residu: ~0,35 °C), wat fors lager is t.o.v. de verklaarde variantie van 99,4% (bandbreedte residu: ~0,04 °C) voor de combinatie van de 3 factoren. Bovendien toont de invloed van de zon (zonder vulkanisme & CO2) voor dit perspectief een verklaarde temperatuur variantie van maar liefst 98,8%.

De klimaatgevoeligheid voor een verdubbeling van CO2 is laag

Voor CO2 bereikt het 378-jarig voortschrijdend gemiddelde in 1593 de laagste waarde (279,03187 ppm) en in 1761 de hoogste waarde tot dat moment (283,65084 ppm). Op basis van de schaalverhoudingen in figuur 1 impliceert dit een temperatuurstijging van 0,017894 °C tussen 1593 en 1761, wat zich vertaalt in een klimaatgevoeligheid van 1,080 °C [= 0,017894/((283,65084/279,03187)-1)] voor een verdubbeling van CO2. Deze waarde is indicatief voor de transitieklimaatgevoeligheid [TCR], welke de toename van de temperatuur representeert zodra de waarde van CO2 een verdubbeling heeft bereikt t.o.v. pre-industriële waarden.

Ter controle kan de klimaatgevoeligheid bijvoorbeeld ook worden berekend op basis van het 10-jarig voortschrijdend gemiddelde - met de kanttekening dat deze benadering logischerwijs een minder betrouwbaar resultaat zal produceren dan de benadering op basis van het 378-jarig gemiddelde. Voor het 10-jarig voortschrijdend gemiddelde van CO2 wordt op basis van de schaalverhoudingen in figuur 1 voor de periode tussen 1750 (277,04 ppm) en het meest recente 10-jarig gemiddelde in het jaar 2015 (402,832 ppm) een temperatuurverschil aangetroffen van 0,487328 °C, wat overeenkomt met een klimaatgevoeligheid van 1,073 °C [= 0,487328/((402,832/277,04)-1)]. En op basis van de CO2 jaarwaarden voor het jaar 2020 (414,24 ppm) en het jaar 1750 (277 ppm) wordt in combinatie met het bijbehorende temperatuur verschil van 0,531679 °C op basis van de schaalverhoudingen in figuur 1 eveneens een klimaatgevoeligheid van 1,073 °C aangetroffen [= 0,531679/((414,24/277)-1)]. Beide controle berekeningen resulteren dus in een resultaat dat slechts enkele duizendsten van een graad Celsius afwijkt van het resultaat van de berekening op basis van het 378-jarig voortschrijdend gemiddelde.

¹⁴C vormt proxy voor totale zonnestraling

Kosmische straling is primair verantwoordelijk voor de productie van ¹⁴C in de atmosfeer van de aarde. Via zonnewind speelt de zon hierbij ook een rol: meer zonnewind zorgt ervoor dat minder kosmische straling de aarde kan bereiken en vice versa. Dit verklaart waarom het isotoop ¹⁴C bekend staat als een proxy voor de activiteit van de zon. ¹⁴C wordt ook gebruikt bij reconstructies voor de totale zonnestraling [Connolly et al., 2021]. Figuur 2 bevestigt het verband tussen ¹⁴C en de totale zonnestraling op basis van 280-jarig voortschrijdend gemiddelde waarden; ¹⁴C toont hierbij een sterke overlap met de NRLTSI2 dataset voor de totale zonnestraling. De overlap tussen beide factoren heeft betrekking op een periode van 66 jaar en vormt onderdeel van een opwaarts gericht dynamisch oscillerend patroon. Hierbij wordt voor de periode 1749-1815 een opmerkelijk sterke correlatie aangetroffen tussen ¹⁴C en de NRLTSI2 met een waarde van 0,997. Op basis van de schaalverhoudingen in figuur 1 resulteert figuur 2 in een bijbehorende Lambda (λ) met een waarde van 0,637 °C per W/m2, welke een maat vormt voor de zonnegevoeligheid van het klimaat. Ook bij andere datasets voor de totale zonnestraling toont het lange termijn gemiddelde een beeld dat aansluit op ¹⁴C; ter illustratie toont bijvoorbeeld het 343-jarig gemiddelde bij zowel de SATIRE SandT dataset als de LISIRD dataset een verloop met een dynamiek die harmonieus aansluit op het verloop van ¹⁴C.

---

Figuur 2: Het 280-jarig voortschrijdend gemiddelde toont een sterke overlap tussen ¹⁴C en de NRLTSI2 dataset voor de totale zonnestraling; de correlatie is met een waarde van 0,997 bijzonder hoog. Op basis van de schaalverhoudingen in figuur 1 wordt hierbij een Lambda (λ) aangetroffen met een waarde van 0,637 °C per W/m2; dit betreft een maat vormt voor de zonnegevoeligheid van het klimaat. De temperatuur en ¹⁴C tonen voor de 66-jarige periode 1749-1815 een correlatie met een waarde van 0,982; voor dezelfde periode tonen de temperatuur en de NRLTSI2 een correlatie met een waarde van 0,979.

---

Ook het magnetische veld van de aarde beïnvloed de productie van ¹⁴C

Sinds 1700 wordt de activiteit van de zon direct gevolgd via de waarneming van zonnevlekken, welke fungeren als één van de bestanddelen voor het bepalen van de totale zonnestraling [Total Solar Irradiance = TSI]. Voor de periode tot 1700 zijn we bij het bestuderen van de activiteit van de zon afhankelijk van proxies zoals ¹⁴C. Echter, het wisselende magnetische veld van de aarde zorgt hierbij voor een complicatie omdat het de productie van ¹⁴C afremt.
Pas zeer recent is op basis van ¹⁴C voor het eerst een reconstructie gepresenteerd voor de activiteit van de zon gedurende het afgelopen millennium; de bijbehorende data reikt terug tot in het jaar 971 [Usoskin et al., 2021]. Hierbij hebben de onderzoekers tevens rekening gehouden met de afremmende invloed van het magnetische veld van de aarde op de ¹⁴C productie. De impact van geomagnetisme blijkt vooral in de 2de helft van het afgelopen millennium gestaag te zijn opgelopen. Logischerwijs betekent dit dat rekening moet worden gehouden met dat de invloed van geomagnetisme voor een onderschatting zorgt voor de meer recente activiteit van de zon (op basis van ¹⁴C waarden) t.o.v. de 1ste helft van het afgelopen millennium. Bij de zonnemaxima loopt dit effect op tot een impact in de orde van hooguit enkele procenten; echter, bij de zonneminima is dit effect aanzienlijk groter want de impact loopt op tot in de orde van 20%. Netto zorgt de invloed van geomagnetisme dus voor een effect waarbij de onderschatting van de impact van de zon rond het begin van de 19de eeuw op basis van 10-jarig gemiddelde waarden is opgelopen tot in de orde van ongeveer 10% t.o.v. de waarden aan het begin van het millennium.
In figuur 1 is geen rekening gehouden met de invloed van geomagnetisme. Omdat geomagnetisme een zeer beperkte invloed heeft op de dynamiek die in de loop van het afgelopen millennium wordt waargenomen in de productie van ¹⁴C, heeft dit effect logischerwijs ook een beperkte impact op het bijzonder sterke verband dat is beschreven voor ¹⁴C en de temperatuur op basis van de waarden van het 378-jarig voortschrijdend gemiddelde. Wanneer rekening wordt gehouden met dit effect dan zal de activiteit van de zon in de loop van de 2de helft van het millennium wel een iets sterkere opwaarts verloop tonen dan in figuur 1 wordt beschreven. Dit verschil zal in het perspectief van de temperatuur een impact hebben van hooguit enkele honderdsten van een graad Celsius.
Echter, tevens zal een correctie voor geomagnetisme een impact hebben waarbij het dieptepunt van de activiteit van de zon een verschuiving toont richting het Spörer Minimum; voor het perspectief van figuur 1 ontstaat t.g.v. dit specifieke punt daarom een duidelijke versterking voor de parallel met de temperatuur in het perspectief van het 10-jarig voortschrijdend gemiddelde. De impact van een correctie voor de invloed van geomagnetisme op de ¹⁴C productie zou daarom in potentie netto een geringe impact kunnen hebben op de verhoudingen van het klimaatmodel dat wordt beschreven in figuur 1.

Afgelopen millennium vormde tot eind jaren '70 de zon de dominante factor voor de temperatuur

IPCC AR5 FAQ 10.1, figuur 1 toont een beeld dat suggereert dat op z'n vroegst pas vanaf de jaren '60 een temperatuurontwikkeling is ontstaan die zich niet gemakkelijk laat verklaren op basis van natuurlijke variabiliteit (zon + vulkanisme). Dit beeld wordt meer expliciet beschreven in het werk van een groep van 60 experts op het terrein van de zon dat in 2016 is gepubliceerd; in het boek 'Earth's climate response to a changing sun' wordt dit beeld als volgt beschreven: "Fig 1 in Box 4.1 demonstrates that natural forcing only (solar + volcanic) cannot explain the warming trend in global temperature over the last 50 years." [Dudok de Wit et al., 2016]

In figuur 1 toont het 10-jarig voortschrijdend gemiddelde eveneens een beeld dat bevestigt dat de temperatuurontwikkeling tot 1950 via een niet-lineair verband nog duidelijk min of meer parallel liep met de activiteit van de zon. Niet-lineaire verbanden kunnen zich manifesteren via faseverschillen met een lengte in de orde van meerdere decennia [de Jager et al., 2021]. Binnen het perspectief van het 10-jarig voortschrijdend gemiddelde bereikt de invloed van de zon in 1950 een waarde die duidelijk nog relatief hoog ligt t.o.v. de ontwikkeling van de temperatuur; bovendien kan hierbij worden opgemerkt dat de temperatuur rond 1950 nog ruim 0,1 °C lager lag dan diverse piekniveaus die tijdens de middeleeuwse klimaat anomalie werden bereikt.

De combinatie van figuur 1 en figuur 2 toont een beeld waarbij de temperatuur pas vanaf eind jaren '70 een ontwikkeling toont die duidelijk niet wordt verklaard door de zon, noch door de zon in combinatie met vulkanisme. Tijdens het laatste kwart van de 20ste eeuw toont het 10-jarig voortschrijdend gemiddelde daarentegen wel een sterke parallel met CO2; echter, in het perspectief van figuur 1 kan CO2 de stijging van de temperatuur duidelijk niet geheel verklaren. Dit kan deels worden verklaard doordat de toename in de radiatieve forcering t.g.v. CO2 bij benadering inmiddels ongeveer 2/3 deel vormt van de invloed van alle broeikasgassen samen. Naast de invloed van de toename van andere broeikasgassen zijn in de loop van de 20ste eeuw ook andere antropogene factoren een rol van betekenis gaan spelen binnen het klimaatsysteem, zoals bijvoorbeeld: de invloed van luchtvervuiling (schonere lucht heeft vanaf eind jaren '80 met name in Europa en andere Westerse landen een bijdrage geleverd aan de opwarming), het gebruik van land (verstedelijking zorgt lokaal veelal voor het ontstaan van extra opwarming [Connolly et al., 2021]) en de problematiek rond de verzwakking van de ozonlaag die vanaf eind jaren '70 zichtbaar is geworden.

Logischerwijs betekent dit dat in de periode na 1950 een meer complexe situatie is ontstaan; nucleaire wapens zijn vanaf 1945 in oorlogen gebruikt en het is niet duidelijk of deze een bijdrage hebben geleverd aan de decennia halverwege de 20ste eeuw waarin een duidelijk patroon van mondiale afkoeling word aangetroffen. Dit is van toepassing op de periode tussen begin jaren '40 en eind jaren '70. De activiteit van de zon bereikte eind jaren '50 waarschijnlijk het piekniveau, ofschoon bij diverse TSI datasets de piek in de activiteit van de zon pas rond het einde van de 20ste eeuw wordt aangetroffen [Connolly et al., 2021]. Dit betekent dat de kracht van de analyse in figuur 1 deels samenhangt met het feit dat de analyse is gebaseerd op data die niet verder reikt dan de jaren '50 toen er nog sprake was van een minder complexe situatie dan tijdens de decennia nadien.

Tenslotte, de temperatuurgeschiedenis van de aarde zoals weergegeven in figuur 1 op basis van het 378-jarig voortschrijdend gemiddelde laat zich eenvoudig herkennen in zowel het perspectief voor het huidige Holoceen voor de afgelopen 10.700 jaar zoals weergegeven in figuur 3 als de temperatuurgeschiedenis van de aarde gedurende de laatste 500 miljoen jaar (een soortgelijke grafiek voor CO2 is HIER beschikbaar). De welhaast perfecte correlatie tussen ¹⁴C en de mondiale temperatuur in figuur 1 als ook de periode van overlap in figuur 2 (waarbij zeer sterke correlaties worden aangetroffen tussen temperatuur, ¹⁴C en de totale zonnestraling onderling) is indicatief voor zowel de impact als de relevantie van de zon in de temperatuurontwikkeling van de aarde. De klimaatgevoeligheid van CO2 toont hierbij een lage waarde (1,08 °C) die wijst in de richting van het ontbreken van een amplificatie van antropogene invloeden in de atmosfeer want de theoretische waarde voor de impact van CO2 zonder amplificatie is zelfs een fractie hoger met een waarde van 1,1 °C [Schwartz, 2008]. Op basis van het perspectief van het 10-jarig voortschrijdend gemiddelde in figuur 1 kan eenvoudig worden begrepen waarom de relatief grote invloed van de zon nauwelijks ruimte biedt voor het bestaan van een sterke amplificatie in relatie tot een verdubbeling van CO2. Aannames gericht die leiden tot nihilisatie van de invloed van de zon lijken noodzakelijk om speculaties gericht op het bestaan van een sterke amplificatie voor de invloed van CO2 overeind te houden. Indicatief voor de relevantie van de zon binnen het klimaatsysteem vormt het feit dat deze verantwoordelijk is voor 99,97% van het energiebudget van de aarde [Nurtaev, 2016]; fluctuaties in de output van de zon in de orde van 0,1% hebben getalsmatig een relatief grote impact t.o.v. de invloed van andere factoren.

CarbonBrief & het IPCC onderschatten impact zon en overschatten impact CO2

In het perspectief dat wordt beschreven in de analyse van CarbonBrief (december 2017) wordt op basis van een vergelijking tussen de jaarwaarden van 1850 en 2017 een transitieklimaatgevoeligheid gevonden van 2,11 °C voor een verdubbeling van CO2 (uitgaande van de aanname dat volgens de NOAA AGGI in 2017 de temperatuur impact van de toename van CO2 65,77% bedroeg van de totale impact van alle broeikasgassen samen). CarbonBrief veronderstelt hierbij dat de invloed van de zon sinds 1850 min of meer nihil is geweest met een impact waarde van +0,0018 °C; echter, hierbij wordt geen rekening gehouden met het bestaan van niet-lineaire verbanden binnen het klimaatsysteem.

De beschrijving van CarbonBrief ligt aan de bovenkant van de bandbreedte van 1,2-2,4 °C die het IPCC in AR5 (2013) beschrijft voor de transitieklimaatgevoeligheid op basis van een geschatte bereik van 5-95%; de 23 CMIP5 modellen beschrijven gezamenlijk een TCR bandbreedte van 1,1-2,5 °C (zie: figuur 9.42, pagina 817 in AR5).
Voor de energietransisitie is de TCR aanzienlijk meer van belang dan de evenwichtsklimaatgevoeligheid [ECS] waarvoor een bandbreedte wordt beschreven van 1,5-4,5 °C, welke betrekking heeft op de klimaatgevoeligheid voor een verdubbeling van CO2 zodra deze de evenwichtstoestand heeft bereikt - waarschijnlijk neemt dit honderden of zelfs duizenden jaren in beslag omdat het oceaan systeem zeer traag reageert op veranderingen binnen het klimaatsysteem (bij de bodem van het oceaan systeem worden bijvoorbeeld cycli aangetroffen met een duur in de orde van 2000 jaar).
Het IPCC veronderstelt hierbij impliciet dat de zon verantwoordelijk is geweest voor ongeveer ~2% van de toename van de radiatieve forcering die sinds 1750 is ontstaan [IPCC, 2013].

De analyses van zowel CarbonBrief als het IPCC zijn gebaseerd op een relatief kort tijdspanne waarbij in de berekeningen geen rekenschap wordt getoond voor de invloed van het bestaan van niet-lineaire verbanden binnen het klimaatsysteem. Noch toont men besef voor het feit dat de zon (al dan niet in combinatie met vulkanisme) tijdens het afgelopen millennium langdurig de bepalende factor is geweest bij het verloop van de temperatuur in de periode tot 1750. Dit verklaart grotendeels waarom de schattingen van CarbonBrief en het IPCC voor de transitieklimaatgevoeligheid voor een verdubbeling van CO2 t.o.v. preindustriële waarden bij benadering een factor 2 hoger liggen t.o.v de waarde van 1,080 °C die hier op basis van lange termijn waarden voor de zon in combinatie met vulkanisme en CO2 is beschreven. De invloed van de zon is in het denkkader van CarbonBrief en het IPCC genihiliseerd maar het is bekend dat CMIP5 klimaatmodellen bijvoorbeeld helemaal geen rekening houden met de amplificatie van natuurlijke forceringen in de atmosfeer. Dit heeft tot gevolg dat in beide perspectieven voor de evenwichtsklimaatgevoeligheid waarden worden beschreven die ongeveer 2x hoger liggen dan de waarden voor de transitieklimaatgevoeligheid (echter, in theorie is het waarschijnlijk dat beide factoren ongeveer even groot worden wanneer de waarden in de buurt van 1 °C belanden). Zowel CarbonBrief als het IPCC werkt op basis van de veronderstelling dat antropogene invloeden worden versterkt met een waarde dicht bij de bovenzijde van de meest waarschijnlijke bandbreedte van 0,75-2 die mogelijk is voor de antropogene amplificatie factor. Echter, het is bekend dat de natuurlijke amplificatie factor in potentie aanzienlijk hoger is met een meest waarschijnlijke bandbreedte van 1-6 [Haigh, 2007]; deze invloed wordt in de analyse van zowel CarbonBrief als het IPCC volledig over het hoofd gezien want men doet zelfs geen poging om de mogelijke impact hiervan voor de eigen analyses getalsmatig te beschrijven.

Conclusie

Zonder de versterkende invloed van de atmosfeer blijft de ECS zeer waarschijnlijk beperkt tot een waarde in de orde van 1,1 °C. De beschreven TCS waarde van 1,08 °C; ligt vlak onder deze waarde. Logischerwijs kan hieruit worden afgeleid dat de ECS waarschijnlijk ook dezelfde orde van grootte heeft. Een ECS van 1,08 °C impliceert een antropogene amplificatie factor met een waarde van 0,98 (welke binnen de bijbehorende meest waarschijnlijke bandbreedte ligt van 0,75-2); dit zou betekenen dat de ECS op basis van het beschreven perspectief bijna een factor 3 lager ligt dan de midpoint waarde van 3,0 °C (op basis van de bandbreedte: 1,5-4,5 °C) die het IPCC in AR5 heeft beschreven.
De impact van antropogene invloeden (b)lijkt ingeperkt omdat negatieve feedback mechanismen het klimaatsysteem domineren op basis van de wet van Stefan-Boltzman, welke beschrijft dat de hoeveelheid warmte die door de aarde wordt uitgestraald in de ruimte verandert met de vierde macht van de temperatuur van het aardoppervlak en de atmosfeer. Deze wet verklaart primair hoe de zon met name tot eind jaren '70 een forse bijdrage heeft geleverd in de mondiale opwarming die sinds het einde van de 16de eeuw is ontstaan.

Download: Excel data file

---

Figuur 3: De temperatuur op aarde tijdens het holoceen met een temperatuur anomalie gebaseerd op het gemiddelde van 1000 proxy tijdreeksen in de periode 4500-550 v. Chr. [Marcott et al., 2012 - Supplementary Materials].

---

REFERENTIES:

de Jager et al. (2020) Solar magnetic variability and climate (boek).

Dudok de Wit et al. (2016) Earth's climate response to a changing sun (boek).

de Jager et al. (2006) Climate Change Scientific Assessment and Policy Analysis - Scientific Assessment of Solar Induced Climate Change. Bron: KNMI & NIOZ (rapport)

IPCC (2013) Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (rapport).

Connolly et al. (2021) How much has the Sun influenced Northern Hemisphere temperature trends? An ongoing debate. n Research in Astronomy and Astrophysics. Accepted preprint paper: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2105/2105.12126.pdf

Feuler (2013) Understanding the influence of solar irradiance changes on Earth's climate during the Holocene. AIP Conference Proceedings 1531, 748. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4804878

Haigh (2007) The Sun and the Earth's Climate. Living Rev. Sol. Phys., 46 (2), 26-29. DOI: https://doi.org/10.12942/lrsp-2007-2

Marcott et al. (2013) Supplementary Materials for: A Reconstruction of Regional and Global Temperature for the Past11,300 Years. Science 339, 1189. DOI: 10.1126/science.1228026

Muscheler et al. (2016) The Revised Sunspot Record in Comparison to Cosmogenic Radionuclide-Based Solar Activity Reconstructions. Solar Physics 291, 3025-3043. DOI: https://doi.org/10.1007/s11207-016-0969-z

Nurtaev et al. (2016) Helioclimatology of the Alps and the Tibetan Plateau. Earth Sciences 5, 2, 19-25. DOI: https://doi.org/10.11648/j.earth.20160502.11

Rial et al. (2004) Nonlinearities, feedbacks and critical thresholds within the Earth's climate system. Climatic Change 65, 11-38. DOI: https://doi.org/10.1023/B:CLIM.0000037493.89489.3f

Schwartz (2008) Defining and Quantifying Feedbacks in Earth's Climate System. American Geophysical Union, Fall Meeting 2008, abstract id.A21D-0195. Publication: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2008AGUFM.A21D0195S/abstract

Steinhilber & Beer (2011) Solar activity - the past 1200 years. PAGES Magazine articles, vol. 19(1), 5-6. DOI: https://doi.org/10.22498/pages.19.1.5

Usoskin et al. (2021) Solar cyclic activity over the last millennium reconstructed from annual ¹⁴C data. A&A Volume 649, A141. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140711