Over terugkoppeling van waterdamp in klimaatmodellen

 Rob de Kok noemt deze redenering ‘plausibel’, ik zou het meer als ‘’naïef” karakteriseren. 

Door Ed Zuiderwijk, PhD. 7-9-2026

Over terugkoppeling van waterdamp in klimaatmodellen

Climategate publiceerde van de week een leuk stuk door Rob de Kok over de ‘H2O-feedback’ in klimaatmodellen gezien vanuit zijn perspectief als geofysicus. Misschien is het mij toegestaan om wat aanvullende opmerkingen te maken op basis van mijn achtergrond als astrofysicus.

Het idee van de terugkoppeling op waterdamp in klimaatmodellen gaat terug op het werk van Manabe en Wetherals (1967) die opmerkten dat als je de relatieve vochtigheid constant hield in hun model(len) die warmer werden bij CO2 toename dan wanneer dat niet het geval was. Dit leidde tot de redenering dat een opwarming door verhoogd CO2 gehalte zou leiden tot meer waterdamp in de atmosfeer en omdat waterdamp ook een ‘broeikasgas’ is, dat dat op zijn beurt weer extra verwarming zou geven. ‘Punt!’

Rob de Kok noemt deze redenering ‘plausibel’, ik zou het meer als ‘’naïef” karakteriseren. Er zitten verpakt in die redenering enkele vooronderstellingen die, of discutabel zijn of gewoon fout. En er is het waarnemingsprobleem dat die feedback in de echte atmosfeer niet werkt. Waar te beginnen?

Laten we eerst die waarneming bekijken. Ik heb expres ‘Punt!’ geschreven achter het kernidee. Want trek de redenering nu eens door, iets wat de modellen makers klaarblijkelijk niet doen. De atmosfeer weet echt niet wat de verhoging van de temperatuur veroorzaakte, CO2 toename of meer waterdamp. Warmte is warmte en er zit geen naamkaartje op.

Dus die extra verwarming door waterdamp zou op zichzelf weer leiden tot meer waterdamp en weer meer verwarming. En dat weer tot meer waterdamp, en zo voorts. De oplettende lezertjes herkennen het recept van een thermische ‘runaway’ onder positieve feedback, gegeven dat er ruim voldoende water op de planeet is.

Waarom lopen we dan niet druipend van de stoom rond in een sauna? Omdat het hele idee, zo blijkt uit deze eenvoudige waarneming, niet werkt. De tegenwerping dat ‘wolkenvorming er een rem op zet’ snijdt geen hout want waarom deden die wolken dat dan niet bij de eerste stap?

In het oorspronkelijke idee werd de Clausius Clapeyron vergelijking gebruikt om de toeneming van waterdamp te berekenen onder veronderstelling van een gelijkblijvende relatieve vochtigheid. Maar die C-C vergelijking geldt voor een gesloten systeem in thermodynamisch evenwicht.

De atmosfeer is geen van twee, geen gesloten systeem en al helemaal niet in thermodynamisch evenwicht. Plus het simpele feit dat er in de hele thermodynamische literatuur geen enkele aanwijzing is dat de relatieve vochtigheid een behouden grootheid zou kunnen zijn in een open syteem onder temperatuur verandering.

Ergo, het is zeer de vraag of zelfs die eerste stap in de redenering ook maar ten dele juist is.

Waarom werd het model van Manabe c.s. en later bijvoorbeeld Rowntree & Walker warmer dan zonder die terugkoppeling? De fundamentele veronderstelling hier is dat de toename van de waterdamp concentratie een niet verwaarloosbare toename veroorzaakt van de effectieve opaciteit van de atmosfeer in de 15 micron Infra-Rood golflengte band waardoor de warmte uitgestraald wordt. Als die effectieve opaciteit significant toeneemt dan wordt het moeilijker voor de warmte om te ontsnappen en stijgt de temperatuur op de bodem van de atmosfeer. Dat is het ‘broeikas effect’, een misnomer.

Een 6% toename veroorzaakt 1 graad C warming, waarbij is ingecalculeerd dat in de troposfeer convectie ongeveer de helft van het warmtetransport bewerkstelligt. Hoe berekenden de modellenmakers indertijd die effectieve opaciteits toename in een atmosfeer waar de opaciteit zo sterk varieert met de golflengte – weinig in het atmosferische ‘window’, torenhoog in de CO2 en waterdamp banden? Dat kan op twee manieren: de juiste manier en de verkeerde manier.

De juiste manier is het gebruik van wat heet de Chandrasekhar flux-gemiddelde opaciteit. Dat is een ‘harmonisch’ gemiddelde waarin de lage opaciteiten domineren en de hoge opaciteiten veel minder meetellen. De verkeerde manier – en wat de modellenmakers deden – is het gebruik van een intensiteitsgemiddelde, ook wel Planck gemiddelde genoemd, of een variant ervan, met als eigenschap dat juist de hoge opaciteiten het zwaarste meetellen. Het zal niet verbazen dat, gegeven dat de opaciteit in de water absorptie banden vrijwel verzadigd is, het intensiteitsgemiddelde een stevig effect op de effectieve opaciteit voorspelt door een toename van waterdampgehalte, terwijl het harmonisch gemiddelde ons juist vertelt dat een verandering in de concentratie van waterdamp weinig effect er op heeft en dat de terugkoppeling, als die er al is, is dus veel kleiner is dan werd verondersteld. Uit het feit dat in de echte atmosfeer die voorspelde terugkoppeling niet bestaat kan je dus afleiden dat de vroege modellen makers hun stralingstransport verkeerd hadden waardoor ze op een dwaalspoor zijn gebracht.

Tenslotte. Dat dwaalspoor leidde niet alleen tot die niet-bestaande terugkoppeling, het had ook tot gevolg dat de ‘klimaatgevoeligheid’ voor CO2 en met name CH4 behoorlijk werden overschat, voor CO2 met een factor 2.5 tot 3, voor Methaan met minstens 10.

Het belachelijke idee dat Methaan een nog sterker broeikasgas zou zijn dan CO2 is een direct gevolg, een artefact, van de verkeerde behandeling van het stralingstransport. Je kan je afvragen waarom die verkeerde weg werd ingeslagen.

Die vraag kan beter te zijner tijd door wetenschapshistorici worden beantwoord. Maar ik kan wel een aanwijzing geve. Na menige Zaterdag in de universiteitsbibliotheek van Cambridge te hebben doorgebracht spittend in de klimaatmodellen literatuur heb ik nergens, maar dan ook nergens, een verwijzing kunnen vinden naar het omvangrijke en zeer relevante werk op het gebied van stralingstransport door Edington, Milne, Rosseland en Chandrasekhar. De modellen makers hadden de literatuur niet gelezen. Deze astrofysicus wel.

***

Leesstof (voor wie het durft)

S. Manabe and R. Wetherald, “Thermal equilibrium of the atmosphere with a given distribution of relative humidity”, J. Atmos. Sci., 24, 241-259, 1967.

P. Rowntree and J. Walker, ‘Carbon Dioxide, Climate and Society‘: IIASA Proceedings 1978 (ed J. Williams), pages 181–191. Pergamon, Oxford, 1978.

S. Chandrasekhar “Radiative Transfer” Dover Books on Physics.

***