>

KLIMAATONDERZOEK AAN SYSTEEM & ACTORS

Samenvatting

Klimaatonderzoek is systeem onderzoek en actor onderzoek. Conclusies, ook uit goed uitgevoerd actor onderzoek, over het systeem deugen niet. Fouten zijn o.m. gebruik van gemiddelde parameters in natuurkundige formules en onvoldoende acht op complexiteitscondities.

Klimaat


Klimaat is een nietszeggend begrip. Het is het gedrag van het weer over een bepaalde periode. In een regio, waarin alles, wat met weer samenhangt, zich steeds uniform gedraagt, is het het lokale klimaat. Dat heeft iets meer betekenis. Al is het nog steeds geen natuurkunde.
De gekozen periode is meestal 30 jaar. Daarover middelt men klimaat-parameters, zoals: de temperatuur, of de neerslag, de windkracht, de windrichting, de luchtdruk, de luchtvochtigheid, de zonnestraling, het zicht, de samenstelling van de lucht en de verontreiniging van de lucht. Die krijgen dan een fysische naam, bv. de gemiddelde temperatuur in Nederland in °C. Dat lijkt natuurkundig, maar is het niet. Ook de gemiddelde temperatuur in een dag of een jaar is geen grootheid die past in natuurkundige wetten.
Systemen gehoorzamen fysische parameters, niet gemiddelden. Ik wijd er daarom over uit.


Verkeerd rekenen met gemiddelden

Bij een bepaalde temperatuur heeft een systeem bepaalde eigenschappen. Die kunnen dramatisch verschillen met wat het gemiddelde je vertelt. Ik licht dat toe aan twee voorbeelden.

In een vat gevuld met een gas, is de gasdruk evenredig met de absolute temperatuur. (De wet van Gay-Lussac). De absolute temperatuur meten we in Kelvin, K (0 °C = 273 K en 0 K = -273 °C) . Neem zo'n vat, dat 's nachts een temperatuur zal hebben van -100 °C en overdag +100 °C. De gemiddelde temperatuur van dat systeem is dus 0 °C. Vul het vat bij -100 °C tot een druk van 10 atmosfeer (= 10 Bar).
Test nu het vat. Daartoe meten we opnieuw de gasdruk, nadat we de werkelijke temperatuur van het gas hebben verhoogd tot die gemiddelde waarde, waarop ons systeem moet functioneren. Dus tot 0 °C. We meten nu 15,8 Bar. Verder verandert er niets. Ons systeem gedraagt zich zoals natuurkundigen verwachten. Voor de zekerheid verhogen we de temperatuur ook nog verder, tot + 100 °C. En verwachten een druk van 21,6 Bar. In plaats daarvan springt het vat tijdens de opwarming uit elkaar. Het kan zo'n hoge druk niet weerstaan. De knal maakt ons duidelijk dat een gemiddelde temperatuur niets zegt over het gedrag van een systeem met een gemiddelde temperatuur.

In een tweede voorbeeld zagen we een bolletje doormidden. We plakken beide helften A en B weer op elkaar, maar brengen tussen A en B een warmte isolerende laag aan. Beiden bevatten een verwarmingselement en we kunnen de warmte, die we toevoeren afzonderlijk regelen en meten. We hangen het bolletje in de buitenaardse ruimte, afgeschermd van de zon. De temperatuur daar is vrijwel 0 K. Het bolletje volgt de stralingswet van Stefan-Boltzmann en verliest zijn warmte-energie door die evenredig met de vierde macht van zijn absolute temperatuur, T4, de ruimte in te stralen en wordt dus op den duur ook 0 K.
Nu zetten we de verwarming van A aan en regelen die zo dat de temperatuur van A 273 K (0 °C) wordt en blijft. Daarvoor is bij geschikt gekozen afmetingen 100 Watt nodig. Warmer wordt A niet, want bij die temperatuur is de door A uitgestraalde energie even groot als de inkomende van de verwarming. B blijft koud en de gemiddelde boltemperatuur van A en B samen is (273 + 0)/2 = 136 K. Liefhebbers van rekenen met gemiddelden concluderen dan, in plaats van A tot 273 K te verwarmen, kunnen we ook de verwarming van A lager zetten, bv. 50 W en die van B ook 50 W. Dan maken we de hele bol echt 136 K. Deze domme rekenaars zijn een dief van hun eigen portemonnee. In plaats van weer 100 W (2 x 50) aan het systeem te leveren zouden ze hun doel al bereiken door A en B elk 6,2 W te leveren. Dus 12,3 W om de hele bol homogeen de zelfde temperatuur te geven als met 100W aan één helft voor een zelfde gemiddelde temperatuur (!).

Rekenen met gemiddelden in plaats van eerst rekenen en dan pas middelen,
is een veel gemaakte fout. Die is in de klimatologie eerder regel dan
uitzondering, omdat de meest gebruikte parameters
gemiddelde waarden zijn.


Klimaat onderzoek (klimatologie)

In het klimaat onderzoek tracht men het gedrag van klimaat-parameters te begrijpen uit het verloop van één of meer andere klimaat-parameters. Spraakmakend is bv. de verandering van zo'n gemiddelde temperatuur ten gevolge van de veranderende gemiddelde CO2-concentratie in de atmosfeer. Of nog moeilijker, van de menselijke bijdrage aan dat atmosferisch CO2.
De klimaat-parameters - het zijn er veel - zijn niet onafhankelijk. Zij beïnvloeden elkaar. Een dergelijk systeem met vele 'actors' noemen we complex.

Talloze pogingen zijn er om complexe systemen te beschrijven uitgaand van één sturende actor, bv. CO2 in het klimaatsysteem. In een complexiteitsnotitie heb ik aangegeven, waarom dat niet kan. Er zijn daarvoor condities, waaraan tot nu toe niet is voldaan en in de afzienbare toekomst ook niet voldaan kan worden. Op een vaak gemaakte fout, wil ik hier reeds ingaan: die van: het kan wel, als alle andere actors constant zijn. Dat komt, doordat men vergeet, dat dan de door één actor veroorzaakte verandering ook de wisselwerking van het systeem met andere actors, ook de constante, verandert. Een welhaast triviaal voorbeeld van een simpel proefje laat dat zien.

Beschouw een geïsoleerd vat met vloeistof, waarin goed geroerd wordt, zodat de temperatuur er vrijwel volstrekt uniform is. In het vat bevinden zich twee actors: een elektrisch verwarmingselement en een koelplaat. De laatste is verbonden met een koelapparaat, zoals in een keukenkoelkast. Houden we de verwarming constant en de koeling ook - evenveel warmte in als uit - dan is de vloeistoftemperatuur constant. Die is dan hoger dan die van de koelplaat. Voegen we een Watt meer warmte toe, terwijl de koelplaat dezelfde temperatuur houdt, dus één variabele actor en een constante, dan wordt de vloeistof warmer. Maar een warmere vloeistof draagt meer warmte over naar de nog altijd dezelfde temperatuur houdend koelplaat, als een koudere vloeistof. Verdere opwarming van de vloeistof stopt, als een nieuw in en uit evenwicht bereikt is.
Interpreteren we het constant houden van de koelende actor anders. Niet de temperatuur van de koelplaat constant, maar de warmte-energie uitstroom via die plaat constant, dan kan de instroom groter zijn en groter blijven dan de uitstroom, waardoor de vloeistof alsmaar warmer wordt en we op een catastrofe afstevenen. Die situatie is er, wanneer de koelmachine, die de temperatuur van de plaat regelt, aan het maximum van zijn koelcapaciteit gekomen is. Let wel, voor de catastrofe, hoef je de warmte-instroom niet als maar verder te verhogen. Die hoeft alleen maar net iets hoger te zijn, dan de capaciteit van de koelmachine om op een catastrofe af te stevenen.

In beide gevallen hebben we een veranderlijke actor en een constante. Maar het resultaat voor het systeem is dramatisch verschillend, terwijl we echt maar een actor tijdens de proef hebben veranderd.

Veel genoemde actors in het complexe klimaatsysteem zijn:
  1. Straling van de zon.
  2. Corpusculaire straling van de zon.
  3. Reflectie van oceaan, sneeuw en ijs, begroeiing, bodem...
  4. Transmissie door al of niet vervuilde atmosfeer (vulkanen, stof, industrie...
  5. Absorptie (idem, plus conversie en opslag).
  6. Reflectie, absorptie en transmissie door wolken en sporen gassen, H2O, CO2, CH4, O3...
  7. Aerosolen.
  8. Neerslag.
  9. Aardwarmte (De Aardkern is ca. 6000 °C)
  10. Oceaanstromen.
  11. Baan om de zon, invloed maan en planeten.
  12. Aards energietransport (uitgaand via verdamping/condensatie, convectie, straling) (en horizontaal, aardrotatie, winden, oceanen
  13. Stand aardas.
  14. Tektoniek (bewegende aardschollen, bodemdaling en -stijging)
    ... De lijst is langer.
De meeste van deze actors zijn zelf ook weer complexe systemen, waarover onvoldoende bekend is.

Aan de actors is en wordt onnoemelijk veel onderzoek gedaan. Net als in andere wetenschappelijke specialismes is dat goed en slecht onderzoek. Ik onderschrijf het belang van fundamenteel onderzoek voor een samenleving. Mits het goed wordt uitgevoerd. Ook indien velen de betekenis nog niet inzien. In de klimatologie is dat in spraakmakende voorbeelden niet het geval. Zie diverse kritische artikelen op mijn webstek. Er is echter ook goed actor onderzoek. Maar hoe goed ook, door de complexiteit, helpt het niet voor klimaatbegrip, hoogstens voor wegnemen van wanbegrip.

Complexiteit is uitgebreid onderzocht. De algehele conclusie daarvan staat in bovengenoemde complexiteitsnotitie. Op grond daarvan beweer ik:

Hoe goed het onderzoek aan een bepaalde klimaatactor ook is
en hoeveel lof het ook verdient, conclusies er uit voor
een andere actor zijn op termijn slechts een mening.
of onvriendelijk gezegd: borrelpraat.

De oorzaak daarvan is het misverstand: als alle actors op een na het zelfde blijven, bepaalt de uitzondering het systeemverloop. Dat is niet waar. Indien die ene factor het systeem verandert, verandert ook de wisselwerking met constante anderen met het systeem. Dus ook indien de veranderende actor zelf geen wisselwerking vertoont met een 'constante'. Daarom zijn complexe systemen onvoorspelbaar, tenzij aan de compexiteits-condities is voldaan. Dat is in de klimatologie zelden het geval.
Alleen indien de gekozen actor gedurende zekere tijd verreweg dominant is, kan je daarmee een beperkte tijd systeem voorspellingen doen met een bruikbare waarschijnlijkheid. Zoals we dat weten van bv. weersvoorspellingen.
Zo lang aan die condities niet is voldaan, is een uitspraak, als: CO2, de zon, de bewolking, de wind, de bebouwing verandert bij een bepaalde verandering de temperatuur van het systeem zo en zoveel, een slag in de lucht.


Actoronderzoek

Actoronderzoek is om andere redenen nuttig. Ten eerste om een nieuw of beter licht te werpen op de processen die zich op en in de Aarde afspelen; verifiëring, falsifiëring, verfijning, innovatie. Falsifiëring kan behalve door vergelijking van uitkomsten met die van waarnemingen, ook door fouten in het oorspronkelijke onderzoek aan te tonen, methode, logica, instrumentatie, rekenfouten enz.
Stel onderzoeker A rekent aan factor a een bepaalde invloed toe op de temperatuur T. Aan de complexiteitscondities, w.o. dominantie, acht hij voldoende te zijn voldaan. Nu toont onderzoeker B aan dat actor b (al of niet nieuw) in de relevante periode ook een vergelijkbare invloed op T had. Dan vervalt de aanname dat a dominant was, waarmee A's uitspraak over T al niet meer aan de complexiteitscondities voldoet. En diens uitspraak over T niet meer op een geverifieerde theorie kan bogen. Die verandert in een gis.

Hoewel klimaat een nietszeggend begrip is, ontbreekt het niet aan stellige beweringen over het gedrag. Tegenspraak is emotioneel goed te pareren met het verwijt: "zegt niet, hoe het dan wel zit". Applaus(!). Logisch is dit verweer niet. Een bewering kan heel goed onjuist zijn omdat, er verkeerd is gemeten, verkeerd is gerekend, op een onjuiste veronderstelling berust. Bij klimaat is dat het geval. Hoe het wel is, weten we niet. En zullen we ook nog lang niet weten. Dat komt door de complexiteit en door de vele onvoldoend bekende, actors.

Dus onderzoek aan actors als CO2. CH4. Aerosolen,, wolken enz. is allemaal prima, indien het tot valide uitspraken over energietransport leidt. Maar conclusies er uit over andere actoren, zoals de temperatuur in een flintertje van onze woonschil en met voldoende precisie zijn invalide. Dat CO2 invloed heeft op het energietransport in en uit die schil is onomstreden, maar wat dat betekent voor de temperatuur is daarmee niet beantwoord. De energie distributie over warmte, die over chemische opslag (fotosynthese), plaats in de grond of de oceaan, latent of anderszins is erg relevant en kan op andere tijden en plaatsen heel andere temperaturen opleveren.

Nieuwegein,
2022 09 05.