Klimaatverandering: het bewijs uit de ruimte

Satellieten leveren vanuit hun unieke uitkijkpunt belangrijke lijnen van wetenschappelijk bewijs om het klimaat te begrijpen.

Satellieten hebben de aarde in de afgelopen vijf decennia voortdurend geobserveerd tot op de dag van vandaag. Deze informatie helpt wetenschappers de evolutie voor de belangrijkste componenten van het klimaat in kaart te brengen, de processen van het aardsysteem beter te begrijpen, toekomstige veranderingen te voorspellen en internationale actie te sturen.

Vanuit de ruimte zijn de bewijzen voor klimaatverandering overtuigend.

Ontbrekende niveaus van broeikasgassen

De niveaus van kooldioxide en methaan in de atmosfeer – de belangrijkste aanjagers van door de mens veroorzaakte klimaatverandering – bevinden zich op recordhoogte en blijven stijgen.

Satellieten worden gebruikt om de kleinste verandering in de atmosferische concentratie te detecteren. Ze laten zien dat koolstofdioxide in 2018 is gestegen tot 407 ppm, terwijl de methaanconcentratie nu ongeveer 150% boven het pre-industriële niveau ligt (Buchwitz, M. et al. 2018) – en blijft stijgen.

Door deze kleine veranderingen nauwkeurig te detecteren – tot op 1 deel per miljoen voor koolstofdioxide – helpen satellietwaarnemingen de wetenschappelijke gemeenschap om mondiale klimaatmodellen te verbeteren en het waarschijnlijke opwarmingseffect en de effecten als gevolg van verhoogde niveaus van broeikasgassen in de atmosfeer beter te voorspellen.

ESA’s Climate Change Initiative Greenhouse Gas-project brengt de mondiale verspreiding van koolstofdioxide en methaan in de buurt van het oppervlak in kaart. Het team doet onderzoek ter verbetering van de huidige operationele producten die oorspronkelijk zijn ontwikkeld door het Climate Change Initiative, maar nu jaarlijks worden overgedragen en uitgebreid door de klimaatveranderingsdienst Copernicus van de EU.

Het projectteam maakt gebruik van gegevens van de nieuwste generatie satellieten, waaronder de Copernicus Sentinel-5P-missie, NASA’s Orbiting Carbon Observatory (OCO-2) en de TanSat-missie van de China National Space Administration, om deze broeikasgassen zo gedetailleerd mogelijk waar te nemen. Deze satellieten leveren gegevens met een nog hogere resolutie en zijn uitgerust met de mogelijkheid om onderscheid te maken tussen natuurlijke en menselijke bronnen van kooldioxide en methaan, en ondersteunen op hun beurt het beleid voor emissiereductie, zoals de Overeenkomst van Parijs, dat de opwarming van de aarde aanpakt.

Scherping van de cryosfeer is wijdverspreid

De cryosfeer – de gebieden op aarde waar water bevroren is – speelt een belangrijke rol bij het matigen van het mondiale klimaat.

De wereldwijde opwarming heeft de afgelopen decennia geleid tot een wijdverspreide krimp van de cryosfeer, over de poolijskappen en gletsjers, terrestrische sneeuwbedekking, Arctische zeeijsomvang en -dikte, waarbij ook de permafrosttemperaturen stijgen, volgens een recent rapport van het IPCC (IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019).

In deze vaak uitgestrekte, afgelegen gebieden hebben satellieten cruciale inzichten verschaft in de snelle veranderingen die gaande zijn.

Veranderende ijskappen

Polaire ijskappen slaan meer dan 99% van het zoetwaterijs van de aarde op land op. Zelfs bescheiden veranderingen kunnen het mondiale zeeniveau beïnvloeden, kustoverstromingen doen toenemen en oceaanstromingen verstoren.

Zowel de Antarctische als de Groenlandse ijskappen zijn aan snelle veranderingen onderhevig. Uit een recente, door ESA en NASA gefinancierde internationale evaluatie blijkt dat zij zes keer sneller ijsmassa verliezen dan in de jaren negentig – een tempo dat momenteel overeenkomt met het hoogste klimaatscenario van het IPCC (IMBIE Shepherd, A. et al, 2020).

Het totale gecombineerde verlies van ijsmassa op Groenland en Antarctica wordt geschat op 6.4 triljoen ton tussen 1992 en 2017 – waardoor de zeespiegel wereldwijd met 17,8 millimeter is gestegen.

Van de totale zeespiegelstijging als gevolg van het smelten van de ijskappen op de polen, was ongeveer 60% (10,6 millimeter) te wijten aan het smelten van de ijskappen op de polen.6 millimeter) toe te schrijven aan het verlies van Groenlands ijs en 40% aan Antarctica (7,2 millimeter).

Wetenschappers schatten op basis van satellietgegevens dat poolijskappen verantwoordelijk zijn voor een derde van alle zeespiegelstijging.

Herstel van gletsjers

Massaverlies van gletsjers houdt verband met stijgende luchttemperaturen, waardoor ze een betrouwbare indicator van klimaatverandering zijn. In een opwarmende wereld draagt hun smeltwater bij tot de stijging van het zeeniveau en deze veranderingen hebben een invloed op de beschikbaarheid van water over de hele wereld.

Satellietscans helpen om veranderingen van gletsjers op lange termijn in kaart te brengen op lokale, regionale en wereldwijde schaal. Hun vermogen om op afstand het veranderende oppervlak, de hoogte, de massa en de snelheid waarmee gletsjers stromen te monitoren, helpt om in te schatten hoe deze factoren bijdragen aan de zeespiegelstijging en het vrijkomen van meer zoetwater.

Gletsjers over de hele wereld hebben sinds 1961 meer dan 9000 gigaton (negen biljoen ton) ijs verloren (Zemp, M., et al., 2019). Omdat gletsjers zich hebben teruggetrokken, schatten wetenschappers dat het verlies van gletsjerijs verantwoordelijk is geweest voor 21% van de wereldwijde zeespiegelstijging tussen 1993 en 2017 (WCRP Global Sea Level Budget Group, 2018).

De sleutel tot het beoordelen van deze veranderingen of het modelleren van hun toekomstige evolutie is het bestaan van een gedetailleerde inventaris – een verzameling van de belangrijkste fysieke kenmerken van gletsjers. Het gletsjerproject van het ESA Climate Change Initiative leverde een derde van de 198.000 gletsjeroverzichten die samen de Randolph Glacier Inventory vormen, ’s werelds eerste wereldwijd volledige inventaris. Deze bron levert het gezaghebbende bewijs van waargenomen trends en vormde een belangrijke bijdrage aan de beoordelingen van de veranderingen van het zeeniveau in het vijfde beoordelingsrapport van het IPCC.

Afname van het zee-ijs

De afname van het poolijs op de lange termijn vormt een van de duidelijkste aanwijzingen van veranderingen in het milieu op aarde.

Vanuit de ruimte kunnen we een daling op lange termijn waarnemen van de omvang van het Arctisch zee-ijs, in alle maanden van 1979 tot heden.

De sterkste afname wordt jaarlijks waargenomen in de nazomer en schattingen suggereren dat de oppervlakte zee-ijs is afgenomen van 8 miljoen km² in september aan het eind van de jaren zeventig tot ongeveer 4 miljoen km², de laagste omvang, in 2012.

De satellietgegevens over het zee-ijs, die gezamenlijk zijn ontwikkeld door het Sea Ice-project in het kader van het Climate Change Initiative van het ESA en EUMETSAT OSI SAF, bestrijken een periode van meer dan veertig jaar tot op de dag van vandaag. Het is een belangrijk instrument dat de wetenschappelijke gemeenschap in staat stelt de nauwkeurigheid van voorspellingen van klimaatmodellen te evalueren en te verbeteren, en met meer vertrouwen veranderingen te monitoren en trends te beoordelen.

Met behulp van deze gegevens hebben klimaatmodelleurs een duidelijk verband gelegd tussen de afnemende Arctische zomerzee-ijsbedekking en de cumulatieve kooldioxide-emissies door menselijke activiteit.

In een recente studie wordt geschat dat voor elke ton kooldioxide-emissies drie vierkante meter Arctisch zee-ijs verloren gaat (Notz en Stoeve, 2016).

De nieuwste generatie klimaatmodellen, die worden gevalideerd met behulp van de ESA CCI zeeijs satellietregistratie, geven aan dat de Noordelijke IJszee al in 2050 ijsvrij zou kunnen zijn tijdens de zomermaanden.

Stijging van de zeespiegel

De zeespiegel is in de 20e eeuw wereldwijd met ongeveer 15 cm gestegen en stijgt momenteel meer dan twee keer zo snel met een snelheid van 3,6 mm per jaar (tussen 2006-2015).Volgens het speciale IPCC-rapport over de oceaan en de cryosfeer in een veranderend klimaat zou de zeespiegelstijging in 2100 60-110 cm kunnen bedragen, uitgaande van de veronderstelling dat landen weinig doen om de uitstoot van broeikasgassen terug te dringen. Hierdoor zouden overstromingen een jaarlijks terugkerend verschijnsel worden, waardoor de risico’s zouden toenemen voor 1,9 miljard mensen die in laaggelegen kustgebieden wonen.

Belangrijke factoren die bijdragen tot de stijging van de zeespiegel zijn onder meer: thermische uitzetting als reactie op de stijgende temperatuur van het zeewater en de toevoeging van zoet water doordat ijskappen en gletsjers massa verliezen. We weten dit omdat gespecialiseerde sensoren op aardobservatiesatellieten de temperatuur van het zeeoppervlak en de veranderingen in ijs en gletsjers meten.

Door waarnemingen van 11 verschillende satellietmissies samen te voegen, heeft het ESA Climate Change Initiative Sea Level-project een zeer nauwkeurige en continue 25-jarige registratie van de hoogte van het zeeoppervlak gegenereerd (Ablain, M. et al. (2017); Legeais, J-F. et al. (2018)).

Een nauwkeurig begrip van de veranderingen in de wereldwijde zeespiegel, met inbegrip van belangrijke regionale verschillen, is van vitaal belang voor de internationale gemeenschap om een doeltreffende respons te ontwikkelen.

De zeespiegel stijgt niet overal gelijkmatig – metingen die alleen mogelijk zijn met satellieten laten zien hoe de zeespiegel over de hele wereld varieert als gevolg van wind, atmosferische druk, de oceaanbodem, de rotatie van de aarde, evenals de temperatuur en het zoutgehalte van het water.

Daling van sneeuwbedekking en sneeuwmassa

Sneeuwbedekking is zeer gevoelig voor een stijging van de temperatuur. Uit satellietgegevens blijkt dat bij een wereldwijde temperatuurstijging de sneeuwomvang in het voorjaar over het gehele noordelijk halfrond in de jaren tachtig en de 21e eeuw is afgenomen met een snelheid van (-0,55 ± 0,21) × 106 km² per decennium (Thackeray, C. et al. (2016)).

ESA’s Climate Change Initiative snow project geeft de eerste betrouwbare schatting van de verandering in sneeuwmassa, met behulp van een 39-jarige wereldwijde tijdreeks op basis van passieve microgolfsatellietwaarnemingen. Er zijn continentale trends waargenomen. Zo is de sneeuwmassa in Noord-Amerika met 46 gigaton per decennium afgenomen. Op basis van de huidige trends en de drempelwaarde van een stijging van de oppervlaktetemperatuur met 1,5 °C voorspellen de klimaatmodellen dat de sneeuwmassa in Midden-Noord-Amerika, West-Europa en Noordwest-Rusland tot 40% zal afnemen ten opzichte van 1986-2005.

Monitoring climate from space

Metingen van ESA-missies leveren een substantiële bijdrage aan de monitoring van het klimaat. Waarnemingen van het 40 jaar oude satellietarchief van het ESA en van de huidige ESA-missies, de Copernicus Sentinels en missies van derden worden door het Climate Change Initiative van het ESA gebruikt om consistente, wereldwijde langetermijngegevens te genereren voor 21 belangrijke essentiële klimaatvariabelen.

Deze betrouwbare gegevens ondersteunen het UNFCCC-proces dat de motor is van internationale klimaatmaatregelen. Ze worden gebruikt in combinatie met Aardsysteemmodellen om de drijvende krachten, interacties en terugkoppelingen als gevolg van klimaatverandering te bestuderen, evenals reservoirs, teleconnecties, omslagpunten en stromen van energie, water, koolstof en meer.

Verken klimaatgegevens

Bezoek de sectie Verkennen om klimaatgegevens die worden geproduceerd door het Climate Change Initiative-programma van het Europees Ruimteagentschap van dichterbij te bekijken.