Posts Tagged ‘James Hansen’

The public role of scientists

December 11, 2009

To what extent should scientists differentiate in their role as ‘pure’ scientists and their role as public educator, advocate, activist, or whatever other public role they may want to assume? James Hansen is not afraid to voice his political opinion. As expected, he is viciously attacked for that by political opponents, but others, even if not in agreement on everything he sais, give him credit for differentiating clearly between talking science and providing a personal opinion. I definitely do.

Roger Pielke Jr frequently takes issue with how scientists blur these roles. He often charges that scientists (especially those from RealClimate are a frequent target) “argue politics through science”, i.e. pretending to talk only science, but in the meantime providing a value-laden political stance. Now that all depends on what he means by “politics”.

Climate scientists more and more speak out about the need to (drastically) reduce emissions. IMHO, they do so based on an understanding of the science. Of course, it is also based on a value judgement, that the risks posed by unmitigated climate change are undesirable. Roger’s point (I think) is that this value judgement is not widely shared. He may be right in that, but I think that the vast majority of people opposing the need to curb emissions do so for reasons other than science, and then rationalize that decision by twisting the science around so that it fits their pre-conceived wish not to curb emissions. There are preciously few people who really accept the science, and still strongly argue against emission reduction.

Consider the analogy of a lifelong smoker who goes to see his doctor for breathing problems. The doctor may say: “All the indications point towards your lung function deteriorating. This is very likely related to you having smoked for X decades. In order to minimize the risk to your health, I urge you to quit smoking.”

That is what I see Gavin Schmidt and many other climate scientists doing. And I find it perfectly legitimate, even desirable, that scientists (as well as doctors) share their knowledge about risks with those who need to know.

If the doctor were to say as the last sentence instead “(…) I urge you to take these nicotine patches” he would act as a stealth advocate, since there are many more options to quit smoking that the patient may want to chose from.

If the patient is so hooked to his cigarettes, and would rather continue smoking than extend his statistical life expectancy by X months, he is free to do so. If however he rationalizes that decision by claiming “smoking isn’t bad for your health at all. My dad was 96 when he died in a car accident, and he chain-smoked his whole life!”, the doctor would be right to reply: “You’re mistaken. Smoking is definitely bad for your health. If you keep smoking, your life expectancy will be X month less than if you quit smoking, and you will have more breathing problems. It is your choice whether or not to quit smoking, but you should make your choice in the full knowledge of these consequences”.

This highlights a different problem. One could argue that by continuing to smoke, the patient really only impacts his own health negatively (and those who breath the second hand smoke; likely not the doctor). If the majority of people, and especially the people in power, decide to ignore the problem and not change the trajectory society is on, it is everybody who suffers. Even worse, those in different parts of the world, and those who have yet to be born, will suffer the most. That makes it much more difficult to just say “I don’t care if you quit smoking, as long as you realize the risks”. 

So climate scientists could perhaps be more specific about this, by saying e.g.: “You’re mistaken. Unabated CO2 emissions will very likely cause substantial climate change, with serious consequences. So you should decide your course of action based on this knowledge. If you don’t care about these risks, that is your perogative. However I do. Please find yourself another planet to experiment on.”

Advertisements

Tipping points in the climate: Melting ice

January 7, 2009

(Dutch version here)

 

James Hansen has put the concept of ‘tipping points’ on the agenda. It is not a strictly defined term, but at a tipping point, a relatively small change has a relatively large consequence, and the climate could end up in a different equilibrium state than before. (Compare it with the concept of meta-stability, with the classical example of a ball on a hill, which needs only a minor push to end up in the valley – the new equilibrium state.)

 

Ice-albedo feedback

Large scale melting of ice could cause such a tipping point. Ice reflects a much larger part of the incoming solar radiation (i.e. it has a higher albedo) than land or water surfaces do. Therefore, when ice melts and the underlying land or water surfaces become exposed, much more sunlight will be absorbed than was previously the case. This causes more warming, which causes more melting, and the circle is closed.

 

Sea ice

The amount of Arctic sea ice at the end of summer has dramatically decreased over the last 30 years. The last two summers (2007 and 2008) ended with even smaller amounts of ice than would be expected based on the long term downward trend. It is too early to tell whether this means that the trend has changed (i.e. having passed a ‘tipping point’). Melting sea ice has no direct consequence for sea level, and if the warming trend is halted or reversed, the sea ice is expected to return to its ‘normal’ state. It is therefore a reversible tipping point.

 

arctic-sea-ice-trend-nsidc1 

Decrease of Arctic sea ice extent over the last 30 years. Data are for September, when the ice extent reaches its minimum. Source: NSIDC

 

Land ice

The melting of land ice, on the other hand, does lead to sea level rise, and is practically irreversible on human time scales. The melting of Greenland would lead to a globally averaged sea level rise of about 6 meters. The West Antarctic ice sheet is good for about 7 meters, whereas the remainder of Antarctica has enough ice for over 50 meters global sea level rise. But that’s not gonna happen any time soon, is the expectation. No major changes are happening in the Antarctic, and in some places in the interior ice mass even seems to be increasing, due to increased snowfall. This is a predicted consequence of slight warming, because it leads to more water vapor in the air. As warming continues, melting will at some point start to outperform the effects of increased snowfall.

 

Sea level rise

According to Hansen et al, “equilibrium sea level rise for today’s 385 ppm CO2 is at least several meters, judging from paleoclimate history.” This seems predominantly based on the fact that in the previous interglacial, 125,000 years ago, sea level was about 6 metres higher than now, while the average temperature was about 1 degree higher. Even when the CO2 concentration would stop increasing, the Earth would still continue to warm up by another 0.5 degrees, mainly due to the thermal inertia of the oceans. So we’ll approach the same global average temperature of 125,000 years ago, even with current CO2 levels.

 

It’s not evident to what extent the relation between temperature and sea level is linear. Over ‘short’ timescales, when thermal expansion is the main influencing factor, it is probably close to linear. Several equilibrium situations from the distant past also show a strong relation over longer timescales, mainly influenced by the amount of land ice. The whole idea of ‘tipping points’ is of course that changes happen stepwise, rather than smoothly.

 

sealevel_vs_temp_paleo 

Relation between sea level (relative to today) and global average temperature based on different epochs. LGM stands for Last Glacial Maximum, Eocene is also known as PETM (Pleitocene-Eocene thermal maximum), Eemian is the previous interglacial. YBP stands for years before present. Numbers are from multiple sources and are associated with a ‘certain’ degree of uncertainty.

 

To what extent can we translate relations between climate variables from the past to the current situation? Melting of polar ice mainly depends on the regional temperature, and its relation with the global average temperature is not necessarily constant. We know relatively little about dynamical processes that influence the breaking up and melting of land ice. But apparently large changes in sea level are possible if the temperature remains long enough above (or below) a certain value. The examples from the past may give a sense of what order of magnitude sea level rise we could eventually expect for a given temperature increase. The rate of sea level rise is the most uncertain. Most scientific literature concludes that sea level rise won’t be more than one or at most two meters by 2100 (but it will continue to rise thereafter). That is quite a strong increase for large parts of the world to adapt to, and uncertainty in the rate and level of the rise is not really comforting. The examples from the past are even less so.

 

Omslagpunten in het klimaat: Smeltend ijs

December 7, 2008

(English version here)

James Hansen heeft het veelvuldig over ‘tipping points’ of omslagpunten. Het is geen strak gedefinieerde term, maar bij een omslagpunt zorgt een relatief kleine verandering voor een relatief groot gevolg, en kan het klimaat in een andere evenwichtssituatie terecht komen, met alle problemen van dien. (Vergelijk het met het begrip ‘metastabiel’ uit de natuurkunde, met het klassieke voorbeeld van een bal die op een heuvel ligt en slechts een klein zetje nodig heeft om in het dal –de nieuwe evenwichtssituatie– te komen.)

IJs-albedo terugkoppeling

De voor mij meest in het oog springende ‘tipping points’ hebben te maken met het afsmelten van ijs en zeespiegelstijging. IJs reflecteert een veel groter deel van het inkomend zonlicht (het heeft een hogere albedo) dan land of water. Als ijs smelt en het daaronder liggende land of water aan het zonlicht komt bloot te staan, wordt dus meer zonlicht geabsorbeerd dan daarvoor het geval was. Dit zorgt voor extra opwarming, wat leidt tot het smelten van nog meer ijs, en de cirkel is rond.

 

Smeltend zeeijs

De hoeveelheid zee-ijs in het Noordpoolgebied aan het eind van de zomer is drastisch afgenomen over de laatste 30 jaar. De laatste twee zomers lieten nog veel minder ijs zien dan verwacht kon worden op basis van de gestaag dalende trend. Het is te vroeg om zeker te weten dat dit een teken is van een trendbreuk (oftewel het passeren van een ‘tipping point’), of dat het een natuurlijke schommeling onder de langjarige trend betreft. Smeltend zee-ijs heeft geen direct gevolg voor de zeespiegel, en als we de opwarming licht weten terug te draaien, zal het zee-ijs weer in z’n normale staat terugkeren, is de verwachting. Het is dus een omkeerbaar ‘tipping point’.

 

nsidc-arctic-sea-ice-september-extent-1979-2008

Figuur: Afname van het Arctische ijsoppervlak over de laatste 30 jaar. Data zijn voor september, wanneer het ijsoppervlak op haar minimum is. Bron: NSIDC 

 

Smeltend landijs

Het eventueel afsmelten van een grote massa landijs daarentegen, zoals dat op Groenland, heeft wel zeespiegelstijging tot gevolg, en is op menselijke tijdschalen praktisch onomkeerbaar. Het afsmelten van Groenland zou tot gemiddeld 6 meter zeespiegelstijging leiden. West-Antarctica is ook goed voor zo’n 7 meter, terwijl de rest van Antarctica er nog eens dik 50 meter bovenop doet. Maar dan moeten we het wel heel bont maken.

 

Op Antarctica zijn vooralsnog geen grote veranderingen gaande, en op sommige plekken neemt de ijsmassa zelfs licht toe, door een toename van de sneeuwval. Dat is trouwens een voorspeld gevolg van lichte opwarming, omdat het tot meer waterdamp in de lucht leidt. Bij voortschrijdende opwarming gaat op een gegeven moment het afsmelten echter de overhand krijgen. De Groenlandse ijskap is al langzaam aan het krimpen door toenemend smelten in kustgebieden, hoewel ook daar in het binnenland de ijsdikte toeneemt. De invloed van grote massa’s landijs op de huidige zeespiegelstijging (3 mm/jaar) is vooralsnog gering; het wordt voornamelijk veroorzaakt door uitzettend zeewater als direct gevolg van de opwarming.

 

Zeespiegelstijging

Volgens Hansen zal de uiteindelijke zeespiegelstijging als gevolg van de huidige CO2 concentratie meerdere meters bedragen. (“Equilibrium sea level rise for today’s 385 ppm CO2 is at least several meters, judging from paleoclimate history.”) Dat is voornamelijk gebaseerd op het feit dat tijdens het vorige interglaciaal, 125.000 jaar geleden, de zeespiegel zo’n 6 meter hoger was dan nu, terwijl de gemiddelde temperatuur ongeveer een graad hoger was. Zelfs bij een ongewijzigde CO2 concentratie staat ons nog circa 0.5 graad opwarming te wachten, voornamelijk vanwege de vertraagde respons van de oceanen. Dan komen we dus gevaarlijk dicht bij het globale klimaat zoals dat 125.00 jaar geleden heerste.

 

Het is nog maar de vraag of het verband tussen temperatuur en zeespiegel lineair is. Over ‘korte’ tijdsschalen is dat wellicht het geval wat betreft de bijdrage van thermische uitzetting van zeewater. Verschillende evenwichtssituaties uit het verre verleden laten ook een sterk verband zien over langere tijdsschalen, vooral beïnvloed door de hoeveelheid landijs. Het hele idee van ‘tipping points’ is natuurlijk dat veranderingen stapsgewijs plaatsvinden, met horten en stoten.

 

sealevel_vs_temp_paleo

Figuur: Relatie tussen zeespiegel (ten opzichte van de huidige waarde) en globaal gemiddelde temperatuur voor verschillende tijdvakken uit het verleden. LGM staat voor Last Glacial Maximum, het hoogtepunt van de laatste ijstijd. Eemian is het vorige interglaciaal. YBP staat voor years before present. Getallen komen uit verscheidene bronnen.

 

Het is ook nog maar de vraag of de evenwichtssituaties uit het verleden zomaar te vertalen zijn naar de huidige situatie. Het smelten van het poolijs is vooral afhankelijk van de regionale temperatuur, en die hoeft niet persé in de pas te lopen met de globale temperatuur. We weten relatief nog maar heel weinig van dynamische processen in de grote ijsmassa’s. Maar blijkbaar zijn grote veranderingen in de zeespiegel mogelijk als de temperatuur maar lang genoeg boven (of onder) een bepaalde waarde blijft. De voorbeelden uit het verleden geven in ieder geval een handvat over wat voor orde grootte zeespiegelstijging we uiteindelijk kunnen verwachten bij een gegeven temperatuurstijging. De snelheid van zeespiegelstijging is nog meer onzeker dan de grootte ervan; de meeste wetenschappelijke literatuur concludeert dat de zeespiegelstijging niet sterker zal zijn dan 1 of hooguit 2 meter in 2100 (maar de stijging blijft daarna natuurlijk gezellig doorgaan). Dat is zowiezo al fors, en de onzekerheid is niet bepaald een bron van geruststelling. De voorbeelden uit het verleden zijn dat al helemaal niet.

James Hansen in Rotterdam

December 4, 2008

 

James Hansen was één van de sprekers op de klimaatconferentie in Rotterdam van 27 november. Ik kon er jammergenoeg niet bij zijn, maar zijn presentatie is gelukkig op internet te zien (video en slideshow). Hansen, directeur van het Amerikaanse onderzoeksinstituut NASA-GISS, is één van de meest toonaangevende klimaatwetenschappers, die er niet voor terugdeinst om politiek gevoelige uitspraken te doen. In een interview met NRC (NRC-pdf) zei hij: “Ik stap uit de rol van de traditionele wetenschapper, door een paar logische conclusies te trekken uit de wetenschap. Ik ben bang dat we geen tijd hebben om te wachten tot deze conclusies empirisch zijn bewezen. Straks is het te laat.” Hij is duidelijk bezorgd over het lot van de (huidige en toekomstige) aardbewoners. Maar hij stoelt zijn mening wel degelijk op breed gedragen wetenschappelijke inzichten, en zijn mening kan dus niet zomaar terzijde worden geschoven als zijnde doemdenken of ‘alarmisme’ (zoals –weinig verrassend– overvloedig wordt gedaan op internet). Een interview met Hansen valt ook te lezen in de Volkskrant.

 

Wetenschappelijke inzichten

De wetenschappelijke inzichten over klimaatverandering (en de rol van broeikasgassen daarin) stoelen volgens Hansen op drie hoofdlijnen:

          Klimaatveranderingen in het (verre) verleden (paleoklimaat)

          Observaties van huidige klimaatveranderingen

          Klimaatmodellering

Hierbij deelt hij modellering vooral een ondersteunende rol toe in het interpreteren (en extrapoleren) van de geobserveerde relaties uit het heden en verleden; de basiskennis komt voort uit de eerste twee gebieden.

 

Daaruit blijkt bijvoorbeeld dat in het verleden broeikasgassen ook een belangrijke rol speelden bij klimaatveranderingen. Hetzij als versterkende factor (positieve feedback, bv in de cyclus van de ijstijden van de afgelopen miljoen jaar), hetzij als initiator (bv in de langzame opwarming vanaf 65 miljoen jaar geleden).

 

Gevaarlijke verstoring van het klimaat

Wat is gevaarlijk? Hansen voert daarvoor drie criteria aan:

       Massale uitsterving van dieren- en plantensoorten

       Ontdooien van grote ijsmassa’s (Groenland en Antarctica) en daaruit voortvloeiende zeespiegelstijging

       Regionale veranderingen in klimaat (bv extreem weer) en watervoorziening (door verdwijning van gletsjers)

Over het eerste criterium valt volgens sommigen wellicht te twisten (al heeft destabilisatie van ecosystemen potentieel verstrekkende gevolgen), maar over de laatste twee zal iedereen het in principe wel eens zijn.

 

Op basis van die criteria argumenteert Hansen dat de concentratie CO2 in de atmosfeer terugmoet van de huidige 385 ppm naar beneden de 350 ppm. Anders riskeren we het voorbij gaan van zogenaamde ‘tipping points’ (omslagpunten). Bij een ‘tipping point’ zorgt een relatief kleine verandering voor een relatief groot gevolg, en kan het klimaat in een andere evenwichtssituatie terecht komen. Dat nieuwe klimaat hoeft niet perse ‘slecht’ te zijn, maar het is niet het klimaat waar de huidige maatschappij aan is aangepast. En daarom kan het wel problemen opleveren (bv als gevolg van zeespiegelstijging).

 

Potentiele oplossingen

Het grootste probleem volgens Hansen is de grote hoeveelheid winbare kolen. Die is zo groot, dat verbranding van alle voorraden tot ongekende klimaatverandering zou leiden. Daarom moet volgens Hansen alle resterende kolen in de grond blijven, of de resulterende CO2 moet opgevangen en opgeslagen worden (CCS, carbon capture and storage). Dit vooral omdat de gangbare olievoorraden hoe dan ook opgebruikt zullen worden. Hij ziet ook een potentiele rol voor (nog te ontwikkelen) ‘vierde generatie kernenergie’, waarbij nauwelijks kernafval ontstaat. (De Telegraaf pikte dit uit als het voornaamste onderwerp van hun rapportage.) Natuurlijk behoren hernieuwbare energiebronnen tot de benodigde mix. Tot slot ziet hij meer heil in een carbon-tax (met 100% dividend) dan in een cap and trade system. Volgens hem is het stellen van targets, zonder daarbij vast te stellen hoe die bereikt dienen te worden, zinloos. Deze laatste zaken vallen natuurlijk onder het kopje ‘personal opinion’, en als zodanig brengt hij het ook.


%d bloggers like this: