Weernieuws

Metingen in aardschijn laten verstoringen zien in
warmtehuishouding van de aarde

Bron: NRC (29-05-2004) en Science (28-05-2004)

Uit helderheidsmetingen van het donkere deel van de maan zou volgen dat de bewolking op aarde de afgelopen dertien jaar aanzienlijk is verminderd. In de hoeveelheid licht en warmte die de aarde jaarlijks van de zon opneemt komen lange-termijn veranderingen voor die een grotere invloed kunnen hebben dan het broeikaseffect. Dat valt af te leiden uit metingen van de hoeveelheid zonlicht die de aarde naar de maan weerkaatst. Of de waargenomen veranderingen een gevolg zijn van het broeikas-effect of daar helemaal los van staan, is niet duidelijk. 


In Science van deze week (28 mei 2004) brengen onderzoekers van het Big Bear Solar Observatory en van het W.K. Kellogg Radiation Laboratory, beide in Californië, de resultaten van vijf jaar lichtmetingen aan de maan. Zij maten, met behulp van een gewone sterrenkijker (een 15 cm refractor) uitgerust met een gekoelde CCD-camera, de helderheid van het donkere deel van de maan, het deel dus dat niet door de zon wordt beschenen maar zwak wordt verlicht door het zonlicht dat de aarde naar de maan kaatst. Dat donkere deel is wel 10.000 keer lichtzwakker dan het heldere, maar kan toch bijna de hele maan-maand lang worden geobserveerd. Ook met het blote oog is het zogenoemde `asgrauwe licht van de maan' een aantal dagen voor en na nieuwe maan uitstekend te zien. In Engelse literatuur wordt het asgrauwe licht vaak `earthshine' (aardschijn) genoemd. 

Enric Pallé, Phil Goode en hun collega's hopen uit een nauwgezette meting van de sterkte van de `aardschijn' zo goed mogelijk het albedo te berekenen van de aarde voor kortgolvige zonnestraling (zichtbaar licht en kortgolvig infrarood). Het albedo van een planeet is de fractie zonlicht die wordt gereflecteerd. Het aardse albedo is al eerder langs meer directe weg (met behulp van satellieten) bepaald op 0,296. (Dus bijna 30 procent zonnestraling wordt weerkaatst.) Maar satellieten zijn er tot dusver niet in geslaagd trendmatige veranderingen in het aardse albedo op te sporen. Zij meten in hun lage banen altijd maar een klein deel van de aarde en kampen met problemen in de calibratie. 

Elementaire fysica kan aannemelijk maken dat minimale veranderingen in het albedo al een sterk effect op de gemiddelde temperatuur op aarde kunnen hebben. Als de zonneconstante bekend is kan worden berekend dat een daling van het albedo van 0,30 naar 0,29 gepaard moet gaan met een stijging van de gemiddelde temperatuur met ongeveer een graad Celsius. Pas dan is weer opnieuw evenwicht tussen de toegenomen absorbtie van zonnestraling en de warmte-uitstraling van de aarde (als die gemakshalve als zwart lichaam wordt beschouwd). 

Moderne apparatuur en rekenmiddelen stelden de onderzoekers in Californië in staat een in 1927 door André-Louis Danjon ontwikkelde methode voor het bepalen van het aardse albedo uit de aardschijn te verfijnen. De verbeterde metingen en berekeningen toonden aan dat de aarde in de periode 1999-2003 steeds meer zonlicht ging weerkaatsen. 

Maar de onderzoekers hebben hun korte waarnemingsreeks in een gewaagde aanpak uitgebreid tot 1984. Ze maakten daarbij gebruik van de veelheid aan wolkeninformatie die binnen het International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) sinds 1983 werd verzameld. Satellieten maten de bedekkingsgraad, de wolktemperatuur, de optische dichtheid en heel veel meer. Er bleek 2,5 jaar overlap tussen de ISCCP-metingen en het maanonderzoek en met wat trial-and-error zijn drie wolk-parameters gevonden die in combinatie een heel redelijke voorspeller bleken voor de aardschijn en dus de aard-albedo. Dit afgeleide werk voerde tot de conclusie dat de aarde in de periode 1985 tot 1998 juist voortdurend minder zonnestraling ging weerkaatsen, dus steeds meer warmte opnam. Kennelijk door afnemende bewolking. Het effect zou volgens een ruwe berekening bijna drie keer zo groot zijn als de verstoring in de aardse warmtehuishouding die het gevolg is van het broeikaseffect. 

Vergaande conclusies zijn nog lang niet mogelijk. In 2001 meenden de onderzoekers een 11-jarige cyclus (dus een zonnecyclus) te zien in de aardschijn-ritmiek, maar daarover zwijgen ze nu. Het Science-artikel toont vooral de bruikbaarheid van een heel originele en goedkope meetmethode aan. 


Karel Knip - NRC Handelsblad

Changes in Earth ’s Reflectance over the Past Two Decades
E.Palle ´,1 *P.R.Goode,1,2 P.Montan ˜e ´s-Rodrıguez,1 S.E.Koonin 2

Inleiding
We correlate an overlapping period of earthshine measurements of Earth ’s re flectance (from 1999 through mid-2001) with satellite observations of global cloud properties to construct from the latter a proxy measure of Earth ’s global shortwave reflectance. This proxy shows a steady decrease in Earth ’s reflectance from 1984 to 2000, with a strong climatologically significant drop after 1995. From 2001 to 2003, only earthshine data are available, and they indicate a complete reversal of the decline. Understanding how the causes of these decadal changes are apportioned between natural variability, direct forcing, and feedbacks is fundamental to confidently assessing and predicting climate change.

Conclusie
The effect of clouds on Earth’s albedo is probably larger in visible light than in the ultraviolet (UV) or near-IR. For UV radiation, strong Rayleigh scattering and ozone absorption reduce the impact of clouds on the albedo. In the near-IR region, absorption by cloud particles, water vapor, and carbon dioxide all limit the impact. Consequently, variations in broadband SW albedo may be somewhat smaller than those in the visible albedo shown in Fig. 3. If the changes in cloud properties responsible for the reflectance changes shown by the proxy were a result of secularly increasing atmospheric greenhouse gases, then they would signal a strong positive SW cloud feedback, although a simultaneous negative feedback may be expected through reduced cloud trapping of IR radiation (14). However, the reflectance increase from 1999 to 2003 would be difficult to attribute to monotonically increasing atmospheric greenhouse gases. Natural variability is a much more plausible explanation, given the size and time scale of the proxy changes. We have used a combination of ES and satellite observations to deduce interannual and decadal variations in Earth’s large- cale reflectance. A decreasing reflectance since 1984 is derived from the ISCCP data, with a sharp drop during the 1990s. However, the ES data available for subsequent years, with as yet no corresponding ISCCP data, indicate that the trend has reversed since 1999, with the decline being largely erased by the end of 2003. These large variations in reflectance imply climatologically significant cloud-driven changes in Earth’s radiation budget, which is consistent with the large tropospheric warming that has occurred over the most recent decades. Moreover, if the observed reversal in Earth’s reflectance trend is sustained during the next few years, it might also play a very important role in future climate change. The ability of climate models to reproduce changes such as these (whether due to natural variability or anthropogenic forcing) is therefore an important test of our ability to assess and predict climate change.