Klimaatverandering

Klimaatverandering is een van de grootste milieuproblemen waar de mensheid zich, grotendeels door eigen toedoen, voor geplaatst ziet. De voortdurende emissies van broeikasgassen, zoals bv kooldioxide, sinds de industriële revolutie heeft geleid tot een voortdurende opwarming van de aarde. Andere factoren, zoals veranderend landgebruik, toegenomen zonneactiviteit, en veranderingen in fijn stof en roetdeeltjes hebben ook bijgedragen aan de klimaatverandering. (link naar IPCC grafiek?)  

Op langere tijdschalen kunnen ook andere processen een rol spelen bij klimaatveranderingen (bv. van geologische of astronomische aard). Op korte tijdschalen (van een aantal jaren) zijn vooral de natuurlijke variaties in het weer en in bv de El Nino/La Nina cyclus van belang, evenals de effecten van grote vulkanische uitbarstingen.  

Ons onderzoek richt zich op de huidige klimaatverandering, en specifiek op de rol die broeikasgassen en fijn stof daarin spelen. Vanwege het mondiale karakter van de klimaatverandering vindt het onderzoek plaats in (inter)nationale samenwerking met een groot aantal partners zoals: VU-A, WUR, KNMI, INRA, MPI-BGC, LSCE, ...  

Aerosol en klimaat

Van de factoren die bijdragen aan klimaatverandering is de invloed van fijn stof, zogenaamde aërosolen, omgeven met de grootste onzekerheid. Aërosolen kunnen licht weerkaatsen, waardoor er minder zonlicht het aardoppervlak bereikt. Dit heeft een koelend effect op het klimaat (het zogenaamde directe effect). Aërosolen dragen ook bij aan wolkenvorming: Zij dienen als de kernen waar het waterdamp op kan condenseren en zo wolkendruppels kunnen vormen. Wolken hebben (gemiddeld genomen) een koelend effect, en dus hebben aërosolen via hun invloed op de wolkenvorming ook een indirect effect op het klimaat. Er is ook een set deeltjes (voornamelijk roet) die juist opwarmend werken, omdat zij zonnestraling absorberen.  

Vergeleken met de broeikasgassen, hebben aërosolen slechts een korte leeftijd in de atmosfeer: Na hooguit een paar weken zijn ze weer door het aardoppervlak opgenomen. Hierdoor hebben ze slechts lokaal en voor een beperkte duur invloed op het klimaat, in tegenstelling tot de veel langer levende broeikasgassen.  

Aërosolen hebben waarschijnlijk sterk bijgedragen aan de klimaatveranderingen van de afgelopen 100 jaar: De aërosolconcentratie nam sterk toe halverwege de 20ste eeuw, wat tot een stagnering van de opwarming door broeikasgassen leidde. De afgelopen decennia is de globale concentratie relatief constant gebleven, en heeft de opwarming daarom kunnen doorzetten. De hogere concentratie fijn stof ten opzichte van voor de industriële revolutie heeft de opwarming als gevolg van broeikasgassen gedeeltelijk gemaskeerd. Toekomstige vermindering van fijn stof emissies, bijvoorbeeld in het kader van het verbeteren van de luchtkwaliteit, zou daarom tot extra opwarming kunnen leiden.  

Naast de klimaateffecten van fijn stof zijn de negatieve gezondheidseffecten ook van belang voor eventuele beleidsmaatregels. Hoe een pakket emissie maatregelen uitwerkt op het klimaat zal plaatselijk verschillen, en hoe dit alles netto uitpakt is hoogst onzeker. Meer kennis van het ontstaan, de verschijningsvormen, de omzettingen in de atmosfeer, de manieren waarop de deeltjes weer verdwijnen en hoe ze intussen de stralingsbalans van de aarde beïnvloeden, direct of via wolkenvorming, is dus zeer gewenst.  

ECN neemt hiervoor deel in o.a. de volgende projecten op dit gebied:

• BSIK CS4

Broeikasgassen

Broeikasgassen absorberen de infraroodstraling die de aarde uitzendt, om het daarna weer in alle richtingen uit te stralen. Deze eigenschap van sommige stoffen werd al meer dan 150 jaar geleden in het laboratorium waargenomen. De aanwezigheid van broeikasgassen in de atmosfeer verhoogt de temperatuur, omdat minder straling naar de ruimte verdwijnt. Het natuurlijke broeikaseffect wordt voornamelijk veroorzaakt door waterdamp en kooldioxide. Zonder dit natuurlijke broeikaseffect zou de temperatuur op aarde zo’n 30 graden kouder zijn, en dus niet geschikt voor het huidige leven.  

Sinds de industriële revolutie heeft de mensheid de concentratie aan broeikasgassen in de atmosfeer fors verhoogd. De belangrijkste broeikasgassen, die door menselijk toedoen worden uitgestoten, zijn kooldioxide, methaan, lachgas, CFK’s en ozon. Voor een groot deel is deze uitstoot het gevolg van de verbranding van fossiele brandstoffen. Intensieve landbouw, ontbossing, ontwatering, en industriële processen zijn ook belangrijke bronnen. De meeste broeikasgassen (behalve ozon en waterdamp) hebben een lange leeftijd in de atmosfeer (tussen de 10 en de 1000 jaar). De opwarmende effecten zijn daarom globaal en langdurend (in tegenstelling tot die van aërosolen).  

De precieze emissies van de belangrijkste broeikasgassen zijn nog onzeker. De totale wereldwijde kooldioxide emissie door verbranding van fossiele brandstoffen denken we binnen enkele procenten te weten. De emissies uit verbranding in houtovens weten we minder precies, en de emissies door bosbranden en ontbossing van het Tropisch regenwoud zijn zeer onzeker.  

Over relatief kleine oppervlakken en korte tijdsperiodes zijn de emissies minder precies bekend dan de globale gemiddelden. Zo zijn jaarlijkse, Nationale emissies uit bijvoorbeeld de landbouw, oxidatie van veen na ontwateren, methaan uit koeien en sloten en lachgas uit bemeste weilanden tot een factor 2 onzeker. Terwijl in de Kyoto- en toekomstige klimaatverdragen juist over deze Nationale emissiecijfers bindende afspraken worden gemaakt.  

Het beleid grijpt vanwege die verdragen daarom aan op die specifieke bronnen en hun emissies en om dat beleid te kunnen evalueren is een onafhankelijke check van de emissies nodig. Voor dat doel zijn waarnemingen nodig, directe fluxmetingen van de verschillende bronnen en over tijd geïntegreerde metingen van het effect van emissies over grote gebieden. Atmosferische transport modellen worden gebruikt om de concentratiemetingen te vertalen naar emissies per gebied.

ECN neemt hiervoor o.a. deel aan de volgende projecten:

• BSIK ME-1 en ME-2
• Carbo-Europe IP, GEOMON en IMECC
• ICOS en ICOS-NL
• TTorch (coordinator)

Meetapparatuur

• Licor
• QCL
• GC
• SMPS
• CCN-counter  

Meetstrategie

Cabauw

De 200 meter hoge meetmast in Cabauw (Noord Brabant) wordt gebruikt voor een groot aantal metingen. ECN meet hier verschillende broeikasgassen (kooldioxide, methaan, lachgas, zwavelhexafluoride) en andere luchtverontreinigingen (stikstofoxiden, koolmonoxide, waterstof, radon, etc.). Ook meten wij hier de chemische samenstelling van aërosolen, waarbij de ingezette instrumenten veelal bij ECN zijn ontwikkeld. Andere instituten meten meteorologische grootheden (KNMI) en fysische eigenschappen van aërosolen (TNO).  

De Cabauw toren is onderdeel van een groeiend netwerk van hoge meetmasten in Europa. De metingen op deze torens zijn vanwege hun hoogte representatief voor een relatief groot oppervlak, omdat ze minder worden beïnvloed door de lokale emissies dan metingen aan het aardoppervlak. Ze zijn daarom uitermate geschikt om emissies van bijvoorbeeld broeikasgassen mee te schatten. Hiervoor is wel enig modeleerwerk nodig, wat ook weer onzekerheden introduceert. Door over grote oppervlakken en lange tijdsperioden te middelen wordt geprobeerd deze onzekerheid binnen de perken te houden.  

Wolkenkamer

De wolkenkamer van ECN is uniek in zijn soort en heeft al een lange geschiedenis. Het is in feite een metalen vat van 7 m3, waar buitenlucht doorheen geblazen kan worden. Deze lucht kan naar wens eerst gefilterd worden (ontdaan van fijn stof) en tot een bepaalde vochtigheid gebracht worden. Een relatief kleine oververzadiging, zoals ook in natuurlijke stratus bewolking voorkomt, kan urenlang stabiel in stand worden gehouden. Dit maakt de kamer zeer geschikt voor bv het kalibreren van meetinstrumenten, maar ook voor het bestuderen van processen die in wolken plaatsvinden.  

Meetwagen

• CESAR  

Computermodellen

• COMET
• FLEXPART
• WRF