vrijdag 17 augustus 2012

Voorspellen van de zeespiegelstijging

Voorspellen van de zeespiegelstijging:
smeltend ijsPopup
Smeltend ijs is één van de oorzaken van zeespiegelstijging. Afbeelding: © Ilya Haykinson
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.

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.
overzicht voorspellingen zeespiegelstijgingPopup
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…).”
zeespiegelstijging Amerikaanse kustenPopup
Verschillen in de snelheid van zeespiegelstijging per plaats aan de Amerikaanse kusten. Afbeelding: © EPA

Semi-empirische methode

Volgens het KNMI zijn er naast scenario’s voor zeespiegelstijging gebaseerd op studies met klimaatmodellen ook een aantal scenario’s gepubliceerd op basis van de extrapolatie van metingen van de zeespiegelstijging uit het (recente) verleden. Bij deze semi-empirische methodes wordt er van uit gegaan dat de nu waargenomen relatie tussen atmosfeer temperatuur en zeeniveau (of het tempo van verandering daarin, er zijn verschillende aannames gesuggereerd en gebruikt in de diverse studies) ook in de toekomst geldig blijft."
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.”
Groenlandse ijskap smeltPopup
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.”
Nederland onder zeespiegelPopup
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

Bij welke zeespiegelstijging moeten we in Nederland waarschijnlijk terrein prijsgeven?

Dillingh: “In Nederland zijn we niet geneigd enig terrein prijs te geven. Een zeespiegelstijging van enige meters kan Nederland goed hebben en dat zal zeker enige eeuwen of nog veel langer duren. Wel zullen bij stijgende zeespiegel op termijn ingrijpende maatregelen genomen moeten worden voor bijvoorbeeld de veiligheid tegen overstromen en voor de waterhuishouding (denk aan de afvoer van de rivieren naar de zee). Nederland is goed in staat om dat nog vele eeuwen vol te houden.”
“Uit een verkennende analyse van het toenmalige Milieu- en Natuurplanbureau (MNP) en WL Delft Hydraulics komt naar voren dat Nederland een zeespiegelstijging van 1 tot 1,5 meter in deze eeuw in beginsel goed aankan door het ophogen van de dijken en het opspuiten van zand langs de kust”, vertelt Katsman.
Vermeer is veel stelliger: “Bewoonde, redelijk dichtbevolkte delen van het land: vijf meter of meer. Het verhogen van zeeweringen is verrassend voordelig, onder een procent GDP zelfs voor een meter of zo zeespiegelstijging. Nederland kan het zich permitteren. Er zijn natuurlijk neveneffecten, bv. van het insijpelen van zout water op de landbouw. En voor waddeneilanden met een kleine bevolking kan evacuatie goedkoper zijn.”
zeespiegel deel Holoceen Popup
De zeespiegel tijdens een groot gedeelte van het Holoceen (11.700 jaar geleden tot nu). Afbeelding: © Robert Rohde

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.
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 à 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? Dat bewaren we voor een artikel dat binnenkort zal verschijnen op Kennislink.

Zie ook:

at