Hoeveel onze wereld deze eeuw zal opwarmen, hangt af van de acties die we de komende decennia ondernemen. Om de wereldwijde temperatuurstijging onder de 1,5°C te houden en gevaarlijke niveaus van opwarming te voorkomen, regeringen moeten weten hoeveel koolstof ze kunnen uitstoten, en over welke termijn.

Maar de huidige klimaatmodellen zijn het er niet over eens waar die drempel ligt. Bij nieuw onderzoek ontdekten we een van de redenen waarom er zo'n groot scala aan schattingen is voor hoeveel koolstof veilig kan worden uitgestoten:het onzekere gedrag van wolken. In sommige klimaatmodellen wolken versterken de opwarming sterk. In andere, ze hebben een neutraal effect of dempen zelfs de opwarming enigszins. Dus waarom spelen wolken waarschijnlijk zo'n cruciale rol bij het bepalen van ons lot?

Projecties door klimaatmodellen laten doorgaans zien dat de mondiale temperatuur bijna gelijk oploopt met de totale hoeveelheid koolstof die in de loop van de tijd wordt uitgestoten. Dit wordt weergegeven door de zwarte lijn in de onderstaande grafiek. Om te voorkomen dat een bepaald niveau van opwarming wordt overschreden, de wereld moet de hoeveelheid koolstof die wordt uitgestoten beperken, zodat het binnen een bepaald koolstofbudget blijft. In klimaatmodellen waarin wolken de opwarming versterken, dit koolstofbudget is kleiner (rode stippellijn en pijl). Waar wolken een bijna neutraal of dempend effect hebben, het koolstofbudget is groter (blauwe stippellijn en pijl).

Resterende koolstofbudgetten in projecties van klimaatmodellen

Waarom zijn wolken zo belangrijk?

Wolken kunnen werken als een parasol, de aarde koelen door zonlicht van het aardoppervlak en terug de ruimte in te reflecteren. Maar ze kunnen ook fungeren als een isolerende deken, de aarde opwarmen door te voorkomen dat een deel van de warmte in onze atmosfeer als infrarode straling de ruimte in ontsnapt. Dit "deken"-effect is vooral merkbaar in de winter, wanneer bewolkte nachten doorgaans veel warmer zijn dan wolkenvrije nachten.

Welke van deze twee effecten domineert - parasol of deken - hangt af van de hoogte en dikte van de wolken. Als een algemene regel, hoe hoger een wolk is, hoe effectiever het is om te voorkomen dat warmte in de ruimte ontsnapt. Hoe dikker een wolk is, hoe beter het zonlicht van het aardoppervlak wegkaatst.

Hoog, dunne wolken laten zonlicht door terwijl ze effectief voorkomen dat warmte naar de ruimte ontsnapt als infraroodstraling, zorgen voor een netto opwarmend effect. Laag, dikke wolken reflecteren sterk zonlicht, terwijl het weinig invloed heeft op infraroodstraling die naar de ruimte ontsnapt, het creëren van een netto verkoelend effect.

Omdat de atmosfeer veel meer laag bevat, dikke wolken dan hoog, dunne wolken, het parasoleffect domineert en onze planeet zou veel heter zijn als er geen wolken waren.

De wolken veranderen

De opwarming van de aarde zal naar verwachting veranderingen veroorzaken in de hoeveelheid bewolking, en de hoogte en dikte van deze wolken in de toekomst, het verschuiven van de balans tussen de parasol- en dekeneffecten van wolken. Het domino-effect dat dit zal hebben op de temperatuur staat bekend als cloudfeedback. Projecties van klimaatverandering kunnen cloudfeedback niet negeren, omdat zelfs relatief kleine veranderingen in de eigenschappen van wolken aanzienlijke gevolgen kunnen hebben voor de temperatuur op aarde.

Om te voorspellen hoe wolken in de toekomst zullen veranderen, ons onderzoek combineert bewijs uit observaties en klimaatmodellen met theoretisch begrip van wolkenfysica. Bij elkaar genomen, dit vertelt ons dat wolken meer kans hebben om de opwarming van de aarde te versterken dan om het te dempen om twee redenen.

Eerst, verwacht wordt dat de dekking van laaghangende bewolking in de tropen zal afnemen naarmate de mondiale temperatuur stijgt, hun parasoleffect te verminderen. Tweede, het is algemeen bekend dat hoge wolken zich naar hogere delen van de atmosfeer zullen verplaatsen naarmate het warmer wordt, waardoor ze effectievere dekens worden. Deze opwarmingseffecten kunnen enigszins worden verzacht door een toename van de wolkendikte, alleen op hoge breedtegraden, vooral over de Zuidelijke Oceaan rond Antarctica, maar dit zal het algehele opwarmingseffect niet tenietdoen.

Hoewel we weten dat wolken de opwarming van de aarde waarschijnlijk zullen versterken, er is nog veel onzekerheid over hoe sterk dit effect zal zijn. Hier helpen klimaatmodellen weinig, omdat ze de bulkeigenschappen van de atmosfeer alleen kunnen simuleren over schalen van tientallen kilometers en enkele uren. Kleine wolkdruppeltjes vormen zich en verdampen in minuten. Modellen missen deze kleinschalige details, maar ze zijn nodig voor nauwkeurige voorspellingen.

Klimaatmodellen moeten hun toevlucht nemen tot vereenvoudigingen om wolken, wat een fout introduceert. Aangezien verschillende modellen verschillende vereenvoudigingen aanbrengen in hun weergave van cloudprocessen, ze maken ook verschillende voorspellingen van de cloudfeedback, wat resulteert in een reeks projecties van de opwarming van de aarde en verschillen in ons resterende koolstofbudget. Voor een gegeven toekomstig koolstofemissiescenario, wolken zijn de belangrijkste factor achter de verschillen in toekomstige opwarming die tussen modellen wordt voorspeld.

Moeten we ons zorgen maken?

Klimaatgevoeligheid, de hoeveelheid verwachte opwarming van de aarde op lange termijn als we de hoeveelheid koolstof in de atmosfeer verdubbelen, wordt momenteel geschat tussen 1,5° en 4,5°C. Deze gevolgen van dit niveau van opwarming zijn al verontrustend, maar verschillende nieuwe klimaatmodellen die momenteel door toonaangevende onderzoekers worden ontwikkeld, voorspellen een opwarming van meer dan 5 ° C. Deze nieuwe modellen hebben ook een verbeterde weergave van cloudprocessen, dus dit lijkt erop te wijzen dat de opwarming van de aarde nog erger zou kunnen zijn dan we dachten.

Dankbaar, er zijn alternatieve prognoses die wijzen op een meer gematigde opwarming. Dezelfde modellen met de hoogste opwarming op lange termijn overschatten ook de reeds waargenomen opwarmingstrends. Ondertussen, verdere onderzoeksinspanningen zijn aan de gang om de rol van wolken in klimaatgevoeligheid vast te stellen.

Het is duidelijk dat onze planeet zal blijven opwarmen naarmate we doorgaan met het uitstoten van koolstof in de atmosfeer. Maar hoeveel zal er in de wolken blijven staan.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.