Veranderingen in de hoogte van de wolken hebben minimale invloed op de klimaatgevoeligheid van de aarde

Bewolking boven de Atlantische Oceaan, gefotografeerd tijdens de ORCESTRA-campagne. Credit: Tristan Vostry

Bewolking speelt een cruciale rol in de energiebalans van de aarde, omdat ze op verschillende manieren interactie heeft met straling. Aan de ene kant reflecteren lage wolken inkomende zonne-straling, waardoor de aarde afkoelt via een eigenschap die bekend staat als albedo. Aan de andere kant voorkomen wolken, met name op hoge hoogtes, dat thermische straling de ruimte verlaat, wat een opwarmend effect heeft. Momenteel overheerst het koelende effect.

Als de wereldwijde opwarming ervoor zorgt dat wolken van omvang of helderheid veranderen, kan dit hun albedo verhogen of verlagen en dus hun koelende effect beïnvloeden. Het opwarmende effect van wolken zou ook veranderd kunnen worden als ze naar andere hoogtes verhuizen naarmate de temperaturen stijgen. Beide factoren zouden een impact hebben op de klimaatgevoeligheid, die meet hoe veel de oppervlakte van de aarde opwarmt bij een verdubbeling van kooldioxide en een belangrijke maatstaf is voor klimaatprojecties.

Om het aspect van veranderende wolkenhoogte te isoleren, heeft een team onder leiding van Lukas Kluft van het Max Planck Instituut voor Meteorologie (MPI-M) het stralingseffect van wolken bij constante albedo onderzocht met behulp van een eenvoudig, geïdealiseerd model. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Atmospheric Chemistry and Physics.

Hoe opwarming de wolkenhoogte beïnvloedt

In het model wordt de atmosfeer weergegeven als een luchtkolom met een typisch temperatuur- en drukprofiel. De onderzoekers introduceerden wolken in drie lagen: lage wolken nabij het oppervlak, middelhoge wolken die zich op het vriespunt vormen, en hoge ijskoude wolken. Het experiment ging ervan uit dat de albedo van deze wolken niet veranderde met toenemende wereldwijde temperaturen, maar dat ze konden stijgen of dalen.

“De schoonheid van zulke vereenvoudigde modellen ligt in hun nabijheid tot ons conceptuele begrip. Door hun eenvoud zijn ze duidelijk gedefinieerd, waardoor we gericht kunnen experimenteren,” zegt Kluft.

Aangezien het vereenvoudigde model geen voorspellingen kan doen over de wolkeneigenschappen, simuleerden de onderzoekers een groot aantal plausibele wolkencombinaties die consistent zijn met huidige satellietmetingen. De klimaatgevoeligheid die voor deze ongeveer 500 configuraties met een vaste albedo werd berekend, was 2,2°C voor een verdubbeling van de kooldioxideniveaus, net onder de theoretische waarde voor een volledig wolkenloze atmosfeer zonder veranderingen aan het oppervlak.

Toen de onderzoekers de temperatuur in hun model verhoogden, bleven lage wolken op hetzelfde drukniveau en werden ze warmer. Middelhoge en hoge wolken verplaatsten zich naar hogere hoogtes en behielden grotendeels hun temperatuur. Hoewel de onveranderde temperatuur leidt tot meer opwarming, dempt de hogere hoogte ook het broeikaseffect van kooldioxide. Deze twee effecten heffen elkaar op, waardoor de algehele klimaatgevoeligheid bijna onveranderd blijft.

Belangrijke referentiewaarde

“Het was belangrijk voor ons om de basislijn vast te stellen die door theoretisch begrip wordt gesuggereerd: We kunnen een klimaatgevoeligheid van 2,2°C begrijpen. Als onze meer complexe klimaatmodellen andere waarden opleveren, kunnen we de oorsprong van mogelijke afwijkingen onderzoeken,” legt Kluft uit.

Bijvoorbeeld, het eenvoudig meerekenen van het terugtrekken van oppervlakte sneeuw en ijs met opwarming verhoogt de verwachte klimaatgevoeligheid naar de meer algemeen geciteerde waarden rond de 3°C. De onderzoekers hebben dus een belangrijke referentiewaarde vastgesteld die de basis kan vormen voor verdere studies, bijvoorbeeld van mogelijke veranderingen in wolkenalbedo met behulp van de nieuwe generatie aardmodellen die aan het instituut worden ontwikkeld.