In een eerdere blog over de tekortkomingen van Clausius−Clapeyron (deze blog kan hierop als vervolg worden gezien) heb ik de inmiddels wat oudere studie van Kees Klein Goldewijk uit 2011 weer eens opgepoetst. De studie van Klein Goldewijk werd ook opgenomen in een onderzoek van Roger Pielke Sr. uit datzelfde jaar.
In dat onderzoek heeft Pielke et al. een uitgebreid onderzoek gedaan naar de veranderingen in landgebruik (Land use/land cover change (LULCC)) die de continenten gedurende de laatste eeuw hebben doorgemaakt. Niet verrassend, dat blijkt behoorlijk veel te zijn. Misschien wel de belangrijkste conclusie van dit onderzoek is:
“dat LULCC inderdaad kan resulteren in klimaatverandering op mesoschaal en regionale schaal, wanneer de oppervlakte van de landschapsconversie groot genoeg is. Een ruimtelijke heterogeniteit van ongeveer 10–20 km wordt vaak als voldoende beschouwd het creëren van mesoschaal-circulaties onder convectielaag. Maar veranderingen op kleinere schaal, van ongeveer 2 à 5 km, zijn ook vaak voldoende om veranderingen in de boundary layer teweeg te brengen.
Voor de moessoneffecten, kan de drempel groter zijn. De irrigatie-effecten voor Noordwest-India bijvoorbeeld suggereren dat de vereiste landschapsverandering waarschijnlijk in de orde van 50–100 km moet zijn om de synoptische convergentiepatronen te beïnvloeden.
De reden dat ruimtelijke schalen boven een bepaald niveau liggen is dat onder deze ruimtelijke schaal de convectieve grenslaag of de regionale stroming in staat is om eventuele heterogeniteiten van de warmteflux aan het oppervlak te homogeniseren, voordat ze heel hoog in de atmosfeer terechtkomen.”
– Voor degenen die deze conclusies abracadabra is, in deze webpagina heb ik de bovengenoemde processen in de Boudary Layer nader beschreven. –
Gevonden wordt dus dat een grote verandering van LULCC klimaatverandering tot gevolg kan hebben. En dat is natuurlijk fijn voor deze website waarin dat al een aantal jaar wordt beweerd, alleen zou het natuurlijk wel leuk zijn om te weten hoe dat dan plaats zou kunnen vinden.
Maar daar gaat een ander onderzoek van R.E. Alter et al (2015) wel dieper op in. Het artikel begint al goed:
“Veranderingen in landgebruik en landbedekking hebben aanzienlijke veranderingen teweeg gebracht in de regionale klimaatpatronen over de hele wereld.
Onderzoek heeft zich hierbij vooral gericht op de snelle ontwikkeling van grootschalige irrigatie van akkerland de afgelopen eeuw, waarbij men zich heeft geconcentreerd op mogelijke wijzigingen van regionale regenval.
De op basis van dit onderzoek opgestelde regionale klimaatsimulaties van de West-Afrikaanse Sahel, laten zien dat bij hypothetische grootschalige irrigatiesystemen, de regenval over geïrrigeerde gebieden minder wordt, maar juist wordt verhoogd op enige afstand van het geïrrigeerde gebied.”
Dit is wat mij betreft nogal contra-intuïtief. Waarom zou de hoeveelheid neerslag minder groot worden wanneer een land wordt geïrrigeerd? Meer plantengroei, meer evapotranspiratie en dus meer regenval, zou je denken. Maar dat zit dus anders.
Gezira Scheme
Het artikel van Alter gaat over zijn observaties bij het Gezira Scheme project. Een van de grootste irrigatieprojecten in de wereld, ná het ‘Office du Niger’-project gelegen in Mali, het grootste van Afrika.
Het Massachusetts Institute of Technology (MIT) heeft een leesbare samenvatting van het artikel gemaakt en men heeft ook de moeite genomen om het onderstaande youtube-filmpje te maken om dit toe te lichten
Uit het onderzoek blijkt dus dat een kouder gebied dan de omgeving zorgt voor een hogedrukgebied?
Om dit enigszins begrijpelijk te kunnen maken is het waarschijnlijk handig om nog even teug te kijken naar een eerdere blog, waarin wordt ingegaan op de processen in de atmosferische grenslaag (ABL).
Dit is dus bij uitstek een prachtig voorbeeld waarbij processen in de ABL invloed hebben op het ontstaan van hogedruk gebieden. Koude lucht is zwaarder, heeft een grotere soortelijke massa dan warme lucht en neemt dus minder plaats in dan warme lucht. Dit is verantwoordelijk voor het gegeven dat de grens tussen ABL en ‘vrije atmosfeer’ in een relatief ‘koud gebied’ blijkbaar op een lager niveau komt te liggen dan in het omliggende warmere gebied. Vochtige lucht in de ABL kan door deze blokkade minder ver opstijgen en dus minder afkoelen en regen blijft dan dus uit.
Daarnaast ontstaat natuurlijk een ‘gat’ tussen de lagere ABL en oorspronkelijke grens van de ‘vrije atmosfeer’, wat zal worden opgevuld door de ‘vrije atmosfeer’ van het omliggende gebied. Maar hierdoor ontstaat uiteraard een hogere druk in dit geïrrigeerde gebied en dus een lagere druk in het gebied waar de lucht vandaan wordt gezogen.
De vochtige ABL-lucht in het lagedruk gebied zal hierdoor dus hoger kunnen opstijgen, meer afkoelen en dan dus kunnen zorgen voor meer neerslag, terwijl de ABL-lucht in het geïrrigeerde hogedruk gebied dus juist wordt geblokkeerd en zoals gezien ook niet kan zorgen voor neerslag.
Het lijkt niet onlogisch om te veronderstellen dat het uitblijven van regen in het geïrrigeerde gebied medeverantwoordelijk moet zijn voor het grotendeels falen van de grote irrigatieprojecten ten zuiden van de Sahara.
Higginbottom et al (2021) hebben een studie (zie link) verricht naar de effectiviteit van deze projecten en kwamen tot de ontnuchterende conclusie dat:
“de irrigatiesystemen gemiddeld slechts 18 procent van het geïrrigeerde productiegebied bedienen. Verschillende systemen zijn zelfs volledig inactief – sommige al sinds enkele jaren na de aanleg ervan. Er lijkt weinig bewijs te zijn dat staaft dat de prestaties van irrigatieprogramma’s in de loop van meer dan zestig jaar zijn verbeterd. (…)
Het ‘Office Du Niger’ bereikte bijvoorbeeld pas onlangs 10 procent van de 1 miljoen hectare die in 1938 waren gepland. En de irrigatiesystemen van 127.000 hectare rond het Tsjaadmeer zijn ondertussen volledig inactief.”
Je vraagt je af waarom? Die vraag is niet zo moeilijk te beantwoorden. Volgens Wikipedia had het Tsjaadmeer in de jaren zestig een oppervlakte van meer dan 26.000 km². Tegen het jaar 2000 was de oppervlakte afgenomen tot 1500 km²:
“De oorzaken van de afname van de oppervlakte zijn tweeledig. In de loop der jaren is er steeds minder regen gevallen in het stroomgebied van het meer en er wordt steeds meer water voor irrigatie aan het meer en de toevoerrivieren onttrokken.”
Klimaatverandering pur sang, volgens Al Gore in zijn ‘An Inconvenient Truth’ (2006). En misschien is dat ook wel zo, maar het is vrij moeilijk om hier een CO2 gerelateerde oorzaak voor te vinden. – Het is sowieso misschien aardig om de documentaire van Gore eens terug te kijken met de theorie van dit artikel in het achterhoofd. Er worden immers (naast een boel twijfelachtige feiten) nogal wat LULCC gebieden in beeld gebracht. –
Alleen in Afrika?
In de westerse wereld lijkt de situatie nagenoeg omgekeerd ten opzichte van Afrika. Om de voor mij het gemakkelijkste voorbeeld erbij te pakken: Nederland. In grootschalige landhervormingsprojecten (ruilverkaveling) zorgden de in dit kader uitgevoerde drainage en verbeteringen van de waterafvoer voor belangrijke dalingen van de grondwaterstand. Hoe dit uitwerkte voor onze grootouders laat dit Youtube filmpje mooi zien.
De consequenties voor de grondwaterstand laten zich uittekenen.
Minder verdamping, dus warmere lucht. Dit zorgt dus (net zoals de uitbreiding van stedelijke bebouwing) voor de ontwikkeling van lagedrukgebieden. En dus meer regen. Dat klopt dus volgens dit artikel:
“De jaarlijkse neerslag in Nederland is tussen 1910 en 2022 gestegen met 26%. Vooral de neerslag in de winter is toegenomen, maar ook de zomers zijn natter geworden. Het aantal dagen met neerslag is niet of nauwelijks toegenomen. De neerslag is dus vooral heviger geworden, bijvoorbeeld tijdens zomerse hoosbuien.”
Uiteindelijk zou tussen 1 januari 1950 en 31 december 1995 circa 1,8 miljoen hectare landbouwgrond betrokken zijn bij ruilverkavelingsprojecten. Ter vergelijking: het areaal landbouwgrond bedroeg in 1995 circa 2,3 miljoen hectare.
Maar daarna zou het aantal ruilverkavelingen snel afnemen. En wat blijkt dan:
“Vanaf het jaar 2000 is de jaarlijkse hoeveelheid neerslag nauwelijks toegenomen. Dat komt doordat de neerslag in de herfst en de lente sinds dat jaar is afgenomen. Wel zijn de extremen verder toegenomen. Het aantal dagen met meer dan 50 millimeter sinds 1951 is toegenomen met 85%. Tegelijkertijd laat onderstaande afbeelding zien dat de jaarlijkse neerslag sterk kan variëren: de jaren 2003 en 2018 waren bijvoorbeeld heel droog.”
Toch is hier wel het een en ander op aan te merken. Hoe kan deze verschuiving van hoge- en lagedruk gepaard gaan met een significante afname van het wolkendek in Nederland (en de rest van Europa), hetgeen dan weer mede heeft gezorgd voor almaar oplopende temperaturen?
Hiervoor is een ander aanvullend mechanisme verantwoordelijk. Grond kan immers uitdrogen, wanneer het regenwater zo snel mogelijk wordt afgevoerd. De opstijgende lucht bevat dan nauwelijks nog waterdamp. De steeds opwarmende ABL zal de ‘vrije atmosfeer’ dan wegdrukken, waardoor de grens van de ABL kan opschuiven tot wel vier kilometer. Wanneer de zo optredende hogedruk-blokkade uiteindelijk toch door advectie zal worden verdrongen, waardoor ook weer vochtige lucht het gebied binnendringt, kunnen inderdaad enorme plensbuien verwacht worden.
In het artikel van Miralles et al (2014) wordt beschreven wat er in zo’n situatie mogelijk is.
Het droge lagedruk gebied verandert door dit proces in een hogedruk gebied, met interne inversie zones. De atmosfeer verandert hierdoor naar condities die kenmerkend zijn voor woestijngebieden. Gelukkig gaat het er in de meeste gevallen niet zo extreem aan toe, maar het principe van uitdrogende grond is natuurlijk wel een novum in het Nederlandse klimaat.
De grote vraag hierbij is dan nog; wat gebeurde er dan in de jaren tachtig van de vorige eeuw?
In een studie van vader en zoon Hoogeveen (zie link) wordt immers duidelijk dat er een temperatuursprong van minstens één graad Celsius moet hebben plaats gevonden.
Een gebeurtenis die ook in ons buurland Duitsland niet onopgemerkt voorbij is gegaan (zie link en link)
De ontwikkelingen in de jaren tachtig
Er zijn twee ontwikkelingen aan te wijzen die hebben gezorgd voor belangrijke veranderingen in het LULCC binnen Europa. De eerste is die van Spanje, wat toetrad tot de Europese Unie en daarmee min of meer werd verplicht tot grote landbouwhervormingen. De hier uitgevoerde grootschalige irrigatieprojecten hebben eenzelfde effect gehad als hierboven beschreven in Afrika. In deze webpagina ben ik hier eerder op ingegaan.
Maar er was nog een andere hervorming die misschien nog wel belangrijker was voor het aanzien van het Europese (en Aziatische) platteland.
In augustus 1994 verscheen in het Franse landbouwblad La France Agricole een open brief aan Franse boeren van M. Ben Kapta . voorzitter van de Zambiaanse boerenbond ZNFU:
“Franse boeren, speel het spel fatsoenlijk. Terwijl mijn tarwe staat te rijpen, sturen Canada en Frankrijk gratis tarwe naar Zambia. Ik kan mijn tarwe nu niet tegen een kostendekkende prijs verkopen. Hoe moet ik de rente van mijn schulden betalen?” vroeg Kapta aan de Franse boeren.
Maar niet allen de Afrikaanse boeren hadden te klagen:
“Door goedkope gesubsidieerde exporten drukt de Europese Unie, evenals de VS, de prijzen van landbouwproducten op de wereldmarkt. De overdosis exportsubsidies belemmert de land bouwontwikkeling in de derde wereld en in het voormalige Oostblok.” (uit: Kamelen in Brussel, Van der Bijl, 1994)
In dit artikel wordt verder uitgewerkt:
“Het landbouwpotentieel in de voormalige communistische wereld leek gigantisch. Deze angst werd nog versterkt doordat eind jaren ’80 de Europese rundvleesprijzen plotseling inklapten vanwege een groot vleesaanbod uit Oost Duitsland en Polen. Het aanbod van rundvlees uit beide landen was echter vooral een voorteken van de komende landbouwcrisis in Midden en Oost Europa.
Oostduitse en Poolse landbouwers slachtten een fors deel van hun vee onder andere vanwege gebrek aan voer en vanwege lage melkprijzen. Door het wegvallen van het oude systeem is de landbouw in Midden- en Oost-Europa ingestort.
Van 1988 tot 1992 is de landbouwproduktie in Polen, Hongarije, Bulgarije, Roemenië, Tsjechië en Slowakije met meer dan 30% teruggelopen. Was in 1988 de agrarische handelsbalans tussen de EU en Oost Europa nog bijna een miljard ECU in het voordeel van Oost Europa, in 1993 was het voor het eerst in het voordeel van de EU.”
Een mooie indicator van de veranderende omstandigheden in Oost Europa is de ammoniakemissie van de landbouwbedrijven en daarmee het aantal stuks vee wat hier wordt gehouden. Professor Mark Sutton, ooit reviewer van het Nederlandse stikstofbeleid, in Engeland ook wel bekend als Mr Nitrogen, laat hierover het volgende plaatje zien:
De grote opwarming in Duitsland begon dus met ‘Der Anschluß”, ofwel de agrarische teloorgang van onder meer de DDR.
In de Oostblok-gebieden, waar je nu dus een duidelijke onderhoudsachterstand in het agrarisch gebied kunt verwachten, zullen er dus problemen met de ontwatering zijn en dus, volgens de bovenstaande theorie minder neerslag.
In Nederland is te zien dat de veranderingen in neerslag-hoeveelheden zich voornamelijk in de winterperiode concentreren. Misschien niet verrassend, dan is de ABL normaal gesproken het laagst en kunnen kleine veranderingen al voor aanzienlijke neerslag-veranderingen zorgen.
Maar hoe zit dat dan in het Oostblok? Neerslag in de landklimaten van het Oostblok manifesteert zichzelf meestal als sneeuw en volgens het onderzoek van Gottlieb en Mankin wat in het afgelopen januari nummer van Nature verscheen, is er dan wel degelijk het een en ander veranderd in het Oostblok.
Maar welke consequenties had dit alles dan, dat hierdoor een ‘klimaatcrisis’ kon ontstaan?
Met de toetreding van de Oostblok landen tot de Europese Unie, begon Rusland zich ernstige zorgen te maken over de eigen voedselvoorziening. In de agroberichten kwam er zelfs een speciaal themanummer over de Russische verrichtingen op dit gebied:
“In Rusland gaan de ontwikkelingen in de land- en tuinbouw snel. De overheid geeft topprioriteit aan de opbouw van de eigen voedselketen. (…)
Begin 2014 zijn als gevolg van het conflict in Oekraïne door de Europese Unie economische sancties ingesteld tegen Rusland. Vervolgens heeft Rusland tegenmaatregelen genomen. De import van een groot aantal landbouwproducten werd geblokkeerd. Nederlandse exporteurs van bijvoorbeeld fruit, groenten, vlees- en zuivelproducten hebben daar zoals bekend de gevolgen van ondervonden. Deze export viel volledig weg. (…)
Rusland wil al langer minder afhankelijk worden van de inkomsten uit gas en olie. Diversificatie van de economie staat voorop, de agrarische sector wordt hierbij gezien als een kansrijke sector. Importsubstitutie door lokale voedselproductie is het parool. Hier wordt door de overheid fors in geïnvesteerd. Het politieke conflict tussen de EU en Rusland heeft de opbouw van de eigen landbouw verder versneld. (…)
Wat betreft pluimveevlees en eieren was Rusland importeur, maar nu netto-exporteur. De productie van varkensvlees is fors toegenomen, het land is inmiddels zelfvoorzienend in dit segment. Ook de productie van zuivel, groenten en fruit stijgt, mede met financiële steun van de overheid. Zo is het areaal kassen voor de productie van tomaten en komkommers flink gegroeid. (…)
Nog steeds moet het land veel voedingsmiddelen importeren. De Russische supermarktketens kijken hierbij vooral naar omringende landen als Kazachstan, Wit-Rusland en Oezbekistan. “De toegenomen vraag uit Rusland stimuleert op zijn beurt de landbouwontwikkelingen in die landen”, zegt Brouwer. “Met als gevolg dat ook daar overheden investeren in de opbouw van de land- en tuinbouw.”
En te zien is in de bovenstaande sneeuwkaart, dit lijkt effect te hebben gehad. Betere afwatering, warmere ondergrond, meer neerslag.
Maar nu heeft een groot deel van dit gebied één ding gemeen. Er wordt afgewaterd op de grote Russische rivieren die naar het Noordpoolgebied stromen. Over het gevolg hiervan ben ik in de eerdergenoemde blog al ingegaan. In dit kader het meest van belang:
“Geschat wordt dat de riviertoevoer naar de Arctische Oceaan in de periode 1936-2015 is toegenomen met 246 km3 per jaar, waarbij met name in de laatste dertig jaar een significante toename is geconstateerd.
Shiklomanov et al. (2021) melden ook dat er sprake is van een duidelijke samenhang tussen schommelingen in de jaarlijkse rivierafvoer en minimale omvang van het zee-ijs in de Noordelijke IJszee met negatieve correlatie r = −0,7 (Shiklomanov en Lammers 2009)”
We mogen er vanuit gaan dat de LULCC- hypothese zich ook uitstrekt tot het zeeijs van de Noordpool en dan komt de Arctic Amplification theorie van Jennifer Francis ineens om de hoek kijken. Door veranderingen van albedo en temperatuur van de ondergrond (ijs wordt water) ontstaat een forse verstoring van de Jet stream.
Deze verstoring heeft er onder meer voor heeft gezorgd dat de NOA in de winterperiode nog maar zelden een negatieve waarde heeft bereikt in de maanden januari en februari sinds 1988 (voor beide maanden 5 keer, tegen resp. 20 en 14 keer in de periode tussen 1950-1987).
Voor het laatst in januari 2021 (nat en koud) terwijl daarvoor in 2010 zowel december, januari en februari een negatieve NOA waarden te zien gaven. Maar dat was ook wel merkbaar:
“Het aantal vorstdagen (minimumtemperatuur beneden de 0,0 °C) bedroeg in De Bilt 52 tegen 38 normaal. December telde 29 vorstdagen tegen 12 normaal. In ruim honderd jaar was dit aantal nog nooit zo groot.”
In deze blog ben ik al eerder en uitgebreider ingegaan op de invloed van de NOA op onze winters. Maar is daarmee ook een compleet plaatje voor een veranderend klimaat gegeven?
Volgens mij zou er dan toch ook aandacht moeten zijn voor de invloed van de ‘vergroening’ van de oceanen en de rol die onze fosfaatbemesting heeft op de emissiviteit van het oceaanwater (zie link).
Maar voor de grootschalige klimaat-ontwikkelingen in het Noordelijk halfrond (waar de de tekortkoming van Clausius−Clapeyron artikel uiteindelijk over ging) lijkt de hier opgenomen uiteenzetting alwel een goede ingang lijkt mij.