Voorspellen van de zeespiegelstijging

[Shadow112]

Voorspellen van de zeespiegelstijging

Lage landen dreigen onder te lopen als de zeespiegel verder blijft stijgen. En niet alleen door het smelten van ijs. Maar waarom variëren de voorspellingen voor de zeespiegelstijging zo sterk? Hoe moeten beleidsmakers omgaan met onzekerheidsmarges? En bij welke zeespiegelstijging moeten we in Nederland terrein prijsgeven? Kennislink vroeg het aan drie Nederlandse wetenschappers. De zeespiegel stijgt en niet zo'n beetje ook, want historisch gezien is 3,3 mm per jaar snel. Veel sneller dan we gewend waren in een groot deel van 20e eeuw met 1,8 mm per jaar gerekend over 1961-2003.


_{Smeltend ijs is één van de oorzaken van zeespiegelstijging. Afbeelding: © Ilya Haykinson}

Zeespiegelstijging – de factoren
Waar komt alle zeespiegelstijging vandaan? Van het versneld smelten van ijs van gletsjers en ijskappen op aarde zou je zeggen. Dat klopt, maar dat is wel een gedeelte van het verhaal. Volgens het vierde IPCC rapport zou ongeveer de helft van de zeespiegelstijging komen door de uitzetting van het water door de stijging van de temperatuur op aarde. Dan zijn we er nog niet want er zijn nog twee factoren die meespelen, die in de laatste vijf jaar zijn ontdekt. Wat te denken van al het water dat opgehoopt ligt achter de dammen. Wetenschappers ontdekten in 2008 dat het zeeniveau met 0,55 mm per jaar daalde over de laatste halve eeuw. Ook de onttrekking van grondwater beïnvloedt het zeeniveau. Een deel van het grondwater gaat namelijk niet terug de grond in, maar gaat via rivieren naar de oceanen toe. Hierdoor steeg het zeeniveau met 0,12 mm per jaar van 1900-2008.



De schattingen voor de zeespiegelstijging aan het einde van deze eeuw lopen sterk uiteen. In de laatste jaren wordt de maximale zeespiegelstijging ruim boven de meter geschat voor het jaar 2100. Als de zeespiegel blijft stijgen met 3,3 mm per jaar dan betekent het dat het zeeniveau ~30 cm hoger is dan nu in het jaar 2100. Dat is echter niet de verwachting, want bijna alle recente schattingen gaan uit van tientallen centimeters meer. De schattingen lopen echter ver uiteen. Van maximaal 59 cm tot 201 cm als maximale zeespiegel aan het einde van deze eeuw. Een schrikbarend verschil van 142 cm. Hoe kan dit? Kennislink vroeg een aantal Nederlandse wetenschappers om hun visie hierover en meer.

Waarom variëren de voorspellingen voor de zeespiegelstijging aan het einde van deze eeuw zo sterk?
Douwe Dillingh (Deltares) vertelt aan Kennislink: "Het is niet bekend hoe de ontwikkeling van de uitstoot van broeikasgassen zal zijn deze eeuw, hoe de wereldeconomie zich ontwikkelt en of men in staat zal zijn de uitstoot van broeikasgassen aan banden te leggen. Voor het doen van voorspellingen wordt daarom gebruik gemaakt van emissiescenario's: plausibele en intern consistente beschrijvingen van de toekomstige ontwikkeling van de emissie van stoffen die van invloed zijn op het broeikaseffect, van het toekomstig landgebruik, van andere aandrijvende krachten en van hun onderlinge relaties. De klimaatmodellen waarmee de klimaatverandering wordt berekend worden aangestuurd met deze scenario's. Een brede range aan scenario's geeft ook een brede range aan klimaatverandering en dus ook aan zeespiegelstijging, die vooral samenhangt met de temperatuurstijging. Verder zijn er meerdere klimaatmodellen met elk zijn eigen modelonnauwkeurigheid."

Martin Vermeer (Helsinki University of Technology) stipt een ander belangrijk punt aan: "De zeespiegelstijging bestaat uit twee grote bijdrages (en een groot aantal kleinere): 1) de thermosterische uitzetting van het zeewater als gevolg van de opwarming, en 2) het verlies van landijs door afkalven en smelten. Beide processen zijn fysisch moeilijk realistisch te modelleren, maar het ijs is het moeilijkst van alles. In 2007 weigerde het IPCC zelfs om deze reden een deel van het ijseffect, de mogelijke niet-lineaire dynamiek, te schatten – het was gewoon te onzeker. Dit was misschien een psychologische fout, en één van de redenen waarom men begon de zogenaamde semi-empirische methode te ontwikkelen."

"Het bovenstaande verklaart waarom zeespiegelvoorspellingen uiteenlopen voor een gegeven temperatuursscenario", vertelt Vermeer. "Maar die scenario's zijn natuurlijk zelf onzeker, gebaseerd als ze zijn op modellen die de temperatuursrespons berekenen op broeikasgasconcentraties, die op onzekere wijze volgen uit emissiecijfers, die weer het gevolg zijn van onzeker menselijk gedrag (technologie, economie, politiek, wetgeving...)."


_{Verschillen in de snelheid van zeespiegelstijging per plaats aan de Amerikaanse kusten. Afbeelding: © EPA}

Caroline Katsman (KNMI) weet enkele hele specifieke verschillen tussen de verschillende scenario's: "In de KNMI-scenario's zijn lokale effecten meegenomen, de andere cijfers zijn allemaal voor de mondiaal gemiddelde stijging." Dillingh: "Er zijn gebieden met een stijging die een aantal malen groter is dan de mondiaal gemiddelde stijging en gebieden met zelfs een zeespiegeldaling over de betreffende periode. Dat betekent dat ook de zeespiegelstijging langs de Nederlandse kust af kan wijken van de mondiaal gemiddelde zeespiegelstijging." Ook is er verschil in de gebruikte methodes. Katsman: "Ze zijn gebaseerd op klimaatmodellen en observaties (KNMI / Deltacommissie / IPCC), op zogenaamde semi-empirische modellen (Rahmstorf en Vermeer & Rahmstorf) of op extreme schattingen van de bijdrage van de ijskappen (SWIPA). Katsman legt ook uit dat sommige schattingen uitgaan van de 'waarschijnlijke' zeespiegelstijging (IPCC / KNMI'06) of 'worst case' scenario's (Deltacommissie, SWIPA) en of er wel (Deltacommissie) of geen (KNMI'06) rekening is gehouden met de bodemdaling in Nederland als gevolg van het laatste glaciaal. Dillingh: "Als de belangstelling uitgaat naar extreme situaties, dan zal de aandacht vooral gericht zijn op de onder- en/of bovengrenzen."


_{Op 12 juli 2012 ondervond bijna de hele Groenlandse ijskap netto smelt. Afbeelding: © NASA}

Hoe kunnen de onzekerheidsmarges het best verkleind worden?
Vermeer: "Het verbeteren van de fysische modellen helpt zeker, en daar wordt hard aan gewerkt. Daar is verbetering van ons begrip voor nodig, en dat is mogelijk door het bestuderen van het gedrag van het zeeniveau (en temperaturen) in het verleden. Dit wordt gedaan met zogenaamde proxymethoden, die reconstructies mogelijk maken van oude strandlijnen en temperaturen honderden of duizenden jaren terug. Er is een urgente behoefte aan zulk werk rondom de aarde, maar vooral op het zuidelijk halfrond." "Emissiescenario's kunnen wellicht verbeterd worden, maar onzekerheid daarover zal blijven bestaan", vertelt Dillingh. "De belangrijkste verkleining van de onzekerheidsmarges zal moeten komen uit de verbetering van de klimaatmodellering door vergroting van de kennis van de processen en vergroting van de resolutie van de modellen om processen met een kleinere ruimteschaal beter te kunnen modelleren. Verhoging van de resolutie betekent ook verhoging van de benodigde rekenkracht."

Katsman: "Er nog onzekerheden omdat we niet alle processen goed begrijpen en kunnen modelleren. Voor de atmosfeer is hét voorbeeld daarvan de invloed van wolken op de in- en uitgaande straling. Voor de zeespiegelstijging is de toekomstige bijdrage van de ijskappen van Groenland en Antarctica. We meten nu grote veranderingen aan de randen van deze ijskappen, en we weten dat de huidige generatie ijskapmodellen dit gedrag niet kan simuleren (ook omdat we niet precies weten welke processen verantwoordelijk zijn). Daar valt dus veel te winnen (en daar wordt hard aan gewerkt)."

Hoe moeten beleidsmakers omgaan met zulke grote onzekerheidsmarges?
"Er zijn twee manieren om met onzekerheid om te gaan", vertelt Vermeer. "1) wensdenken: als de wetenschappers het ook niet zo precies weten, zal het zo'n vaartje wel niet lopen. Niets doen totdat ze eruit zijn of 2) risicobeheersing: zich voorbereiden op de meest waarschijnlijke uitkomst, maar toch ook het hele bereik van mogelijke uitkomsten – en vooral het 'oh shit'-alternatief als alles ons tegenspeelt – in gedachten houden. En tactisch bijstellen naarmate ons begrip verbetert. Het zal duidelijk zijn welke van deze twee benaderingswijzen historisch veldslagen heeft gewonnen." "Omgaan met onzekerheden is altijd lastig voor beleidsmakers en politici", volgens Dillingh. "Een oplossing kan worden gevonden in het opstellen van beleidscenario's. Daarbij wordt de range van mogelijke uitkomsten van een voorspelling (in dit geval dus van zeespiegelstijging) zoals die volgt uit het onderzoek naar klimaatverandering beschouwd en wordt meestal een keuze gemaakt voor een hoog, een midden en een laag scenario. Er wordt dus niet altijd uitgegaan van het ongunstigste scenario, mits er maar voldoende mogelijkheid blijft voor maatregelen als het tegenvalt. Dus hoe moeilijker het wordt tegenvallers op te vangen hoe hoger het toe te passen scenario."

Katsman: "Bij de ontwikkeling van beleidscenario's ten behoeve van het klimaat [en zeespiegelstijging] spelen naast wetenschappelijke argumenten over klimaatverandering ook afwegingen over bijvoorbeeld de risico's, economische belangen en (gebrek aan) flexibiliteit van beleidskeuzes een rol. Ze zijn dus ook niet noodzakelijk gelijk aan de klimaatscenario's."

"Een mooi voorbeeld zijn de beleidscenario's voor zeespiegelstijging die Rijkswaterstaat (RWS) hanteert bij de kustbescherming", aldus Katsman. "Afhankelijk van de toepassing van de beleidsbeslissing (met name van de relevante tijdshorizon) wordt uitgegaan van verschillende beleidscenario's. Hoe langer de periode waarover een beleidsbeslissing wordt genomen, hoe hoger de snelheid van zeespiegelstijging waar rekening mee wordt gehouden. Zo is het beleidscenario dat wordt gebruikt voor de bepaling van de benodigde hoeveelheid zandsuppleties (20 cm/eeuw) gebaseerd op de waargenomen snelheid van zeespiegelstijging langs de Nederlandse kust in plaats van op een klimaatscenario omdat de toepassingsperiode kort is (termijn 5-10 jaar). Wanneer echter gedacht wordt over een nieuwe stormvloedkering (moet 50-100 jaar mee gaan) wordt wel degelijk rekening gehouden met klimaatverandering (60 cm/eeuw)." Dillingh meldt dat er ook een maximaal scenario van 85 cm/eeuw + 10% toename wind is. "Toepassen bij reservering van ruimte voor toekomstige landwaarts gerichte versterking van de waterkering."


_{Ongeveer een kwart van Nederland ligt nu al onder de zeespiegel. Gelukkig houden we door onze dijken en waterhuishouding onze voetjes nog droog. Hoe zal dat met enkele meters zeespiegelstijging zijn? Afbeelding: © Jan Arkesteijn}

Is de huidige zeespiegelstijging van ca. 3,3 mm per jaar bijzonder historisch gezien?
"Als we naar de mondiale metingen kijken over de afgelopen eeuw dan zien we veel variaties in het tempo, met trends over 16 jaar (=lengte satelliettijdperk) boven de 2 mm/jaar tussen 1940-1950 en 1970-1980 en sinds de jaren 90", aldus Katsman. Voor de laatste 70 jaar is de stijging dus een recordsnelheid.


_{De zeespiegel tijdens een groot gedeelte van het Holoceen (11.700 jaar geleden tot nu).
Afbeelding: © Robert Rohde}

Vermeer: "Ik ben zelf een van de auteurs van een studie die laat zien, met behulp van strandlijnproxies ("foraminifera":http://nl.wikipedia.org/wiki/Foraminifera) uit strandvenen in [de Amerikaanse staat] Noord-Carolina, dat deze recente stijging uniek is voor de laatste 2000 jaar. Er zijn andere studies, goed samengevat in een grafiek door Robert Rohde, die laten zien dat er over het hele midden tot laat Holoceen geen snelle zeespiegelrijzing in evidentie is." Maar wat gebeurt er als we nog verder terugkijken in de tijd? "Terug in de tijd komen we de eerste stijgingswaarden vergelijkbaar met vandaag – en zelfs sneller – tegen gedurende de laatste deglaciatie [vanaf 20.000 jaar geleden]", vertelt Vermeer. "Een spektakulaire natuurlijke klimaatsverandering waarvan we de oorzaken en mechanismes redelijk goed kennen, en waar een snelle zeespiegelrijzing volkomen verwacht deel van uitmaakt." Dillingh: "De waarde van 3,3 mm per jaar is een relatief hoge waarde sinds de beschikbaarheid van meetinstrumenten voor de zeespiegel (1870), maar niet heel bijzonder. Tijdens het laatste interglaciaal (het Eemian, 125.000 jaar geleden) steeg de zeespiegel ruwweg 1 ?  2 m per eeuw. In dat licht stelt de huidige zeespiegelstijging nog niet veel voor."

Op nog langere tijdsschalen speelt niet alleen het smelten van ijs en de uitzetting van water door de hogere temperaturen een hoofdrol bij zeespiegelveranderingen. Wat wel?

_{Bron: kennislink.nl}

[Dennis]

Daarom stijgt de zeespiegel veel sneller dan voorspeld

De zeespiegel stijgt veel sneller dan wetenschappers verwachtten, zo vertellen wetenschappers dit weekend tijdens een jaarlijkse bijeenkomst van The Geological Society of America. Het lijkt erop dat de modellen die de zeespiegelstijging moeten voorspellen cruciale processen over het hoofd zien. In 2007 kwam het laatste officiële rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change uit. In het rapport werd tegen het jaar 2100 een wereldwijde zeespiegelstijging van 0,2 tot 0,5 meter voorspeld. Maar de stijging gaat tot op heden sneller dan voorspeld en het lijkt erop dat we tegen het jaar 2100 eerder tegen een zeespiegelstijging van ongeveer één meter of meer aan zullen kijken.



Terugkoppeling
Hoe kunnen al die modellen er zo naast zitten? Komend weekend doet onderzoeker Bill Hay dat tijdens een bijeenkomst van The Geological Society of America uit de doeken. "Wat er mist in de modellen die gebruikt worden om de zeespiegelstijging te voorspellen, zijn belangrijke terugkoppelingen die alles versnellen." Het zijn effecten die veroorzaakt worden door het smeltende ijs en die het smelten weer versnellen.

Voorbeeld
Een voorbeeld van zo'n terugkoppeling is zee-ijs op de Noordpool. Wanneer dit smelt zorgt het niet direct voor een stijging van de zeespiegel: het ijs bevindt zich namelijk al in het water. Maar het heeft wel invloed op het warmer worden van het Noordpoolgebied. Wanneer zee-ijs smelt, stroomt er meer water van de Noordpool weg en dat wordt weer vervangen door warmer water uit het zuiden. "Dus het is een grote warmtepomp die hitte naar de Noordpool brengt," stelt Hay. Dat warmere water laat het ijs weer sneller smelten, waardoor de hoeveelheid ijs afneemt en het wateroppervlak terrein wint. Dat water absorbeert weer meer zonlicht (ijs weerkaatst zonlicht) waardoor weer meer hitte gevangen komt te zitten in de wateren rondom de Noordpool en het er nog warmer wordt. Maar dat invloedrijke sneeuwbaleffect is in geen van de modellen terug te vinden.

Grondwater
En zo zijn er meer factoren die uiteindelijk leiden tot een hogere zeespiegel, maar die in veel modellen over het hoofd worden gezien. Bijvoorbeeld het grondwater dat op heel veel plekken wereldwijd wordt opgepompt en uiteindelijk door toedoen van mensen weer in de oceaan belandt. Maar ook het ijs op Antarctica en Groenland is reden tot zorg. Recent onderzoek wijst erop dat de zeespiegel de laatste keer dat al dit ijs smolt, zo'n tien meter steeg. En dat zonder dat wij mensen het klimaat (bijvoorbeeld door CO2 in de atmosfeer te pompen) een handje hielpen. "Je kunt het meeste ijs op Groenland in enkele honderden jaren, en dus niet in enkele duizenden jaren, onder de juiste omstandigheden kwijtraken. Het is niet te voorspellen hoe snel het kan gaan met de enorme hoeveelheid koolstofdioxide die wij aan de atmosfeer toevoegen."

Opvallend genoeg leveren alle effecten die Hay benoemt een positieve bijdrage aan de zeespiegelstijging: ze versnellen deze. "Je zou verwachten dat er op een bepaald moment negatieve terugkoppelingen optreden. Maar bij klimaatverandering lijkt elke terugkoppeling positief te zijn." Dat zou komen doordat het klimaat van de aarde altijd neigt naar een stabiel systeem. En wanneer het niet stabiel is, kan het heel snel veranderen. "Door menselijke inmenging wil het systeem een nieuwe klimaatstatus aannemen."


scientias.nl

[Roan]

gelukkig kunnen we met z'n allen het weer voor volgende week nog niet voorspellen Dus ja die interpretaties van hoe hoog het water in 2100 wel niet zal zijn door klimaatverandering (waarvan laatst juist werd gezegd dat de aarde juist afgelopen 15 jaar is afgekoeld), neem ik dan ook maar met een korreltje zout