Samenvatting

De ontwikkeling van scenario's met een expliciete tijdsafhankelijkheid is cruciaal voor een goede inschatting van de moegelijke gevolgen van klimaatverandering. Daarnaast vereist een adequate behandeling van terugkoppelingen een geografisch expliciete beschrijving van de interactie tussen klimaat en biosfeer. Met de huidige versie van IMAGE 2 (Integrated Model to Assess the Greenhouse Effect) is dit maar beperkt mogelijk. De dynamiek op tijdschalen korter dan op de decennium schaal wordt niet adequaat beschreven. Een belangrijk deel van de tekortkomingen van IMAGE in dit opzicht bevindt zich in het huidige gebruikte klimaatmodel. Dit eenvoudige model is niet in staat om mondiaal een 3-dimensionaal klimaat dynamisch te simuleren en zal daarom moeten worden vervangen. Dit rapport beschrijft in het kort de relevante aspecten van IMAGE 2 en het nieuwe klimaat model ECBILT. ECBILT is speciaal ontwikkeld voor onderzoek naar klimaatvariabiliteit en -voorspelbaarheid en is relatief weinig reken-intensief, maar bevat wel alle relevante fysica en dynamica voor een adequate beschrijving van 3-dimensionale klimaatvariabiliteit en -patronen.Het is dus een ideaal gereedschap om interacties en terugkoppelingen te onderzoeken in het klimaatsysteem zelf en in het gekoppelde Samenleving-Klimaat-Biosfeer systeem, zoals dat in IMAGE 2 wordt beschreven. Dit is een van de onderzoeksdoelstellingen van het IMAGE-2 project. De taken die voortvloeien uit het integreren van ECBILT in IMAGE 2 zullen besproken worden. Speciale aandacht zal besteed worden aan de herziening van de biochemie van de oceaan, de afhankelijkheid van kortgolvige stralingsbalans van sulfaat aerosolen, de grenslaag dynamica en de interacties tussen de atmosfeer en het landoppervlak, het onderling consistent maken van de hydrologische cyclus in de verschillende (toekomstige) delen van IMAGE 2 en het herzien van de berekeningen van verwachte zeespiegelstijging. IMAGE 2 berekent veranderingen in emissies en atmosferische samenstelling. De eerste link tussen IMAGE 2 en ECBILT is een stralingsschema dat langgolvige stralingsfluxen bepaalt en de effecten van veranderingen in atmosferische samenstelling op de stralingsbalans simuleert. De berekende stralingsforcering wordt door ECBILT gebruikt als een van de randvoorwaarden van de dynamische simulatie van klimaatverandering. In dit rapport wordt de nieuwe stralingsmodule beschreven, gevalideerd en getest. Het doel van het model is om langgolvige stralingsfluxen te berekenen op de verticale modelniveau's van ECBILT. Hierbij wordt uitgegaan van gegevens over atmosferische en aardoppervlak temperatuur, vochtigheidsgraad, bewolkingsgraad en concentraties van ozon en de mondiaal goed gemengde broeikasgassen. Een geavanceerd stralingsmodel, zoals bijvoorbeeld wordt gebruikt in de meest geavanceerde General Circulation Models (GCMs, mondiale klimaat modellen), is te reken-intensief voor onze toepassingen. De gekozen oplossing is linearisatie van een dergelijk stralingsmodel rond atmosferische referentie profielen. Afwijkingen t.o.v. deze referentie profielen beinvloeden de fluxen via gevoeligheidscoefficienten voor elke variabele (temperatuur, etc.). De waarden van deze coefficienten zijn bepaald in het linearisatie-proces. Het gelineariseerde stralingsschema geeft goede resultaten wanneer het vergeleken wordt met het originele model en met waarnemingen, zeker gezien de lage verticale resolutie van de variabelen in ECBILT. Een versie van het gelineariseerde model waarin drie wolktypen gebruikt worden geeft aanmerkelijk betere resultaten dan een vrsie waarin slechts een "gemiddeld" wolktype wordt gebruikt. In het gelineariseerde model beinvloeden variabelen de stralingsfluxen onafhankelijk van elkaar. Dit is een nadeel dat eigen is aan een lineaire benadering. Absorptiebandoverlap effecten van bijvoorbeeld methaan en lachgas worden niet meegenomen in deze versie van het gelineariseerde model. Dergelijke effecten worden beter beschreven door een meer procesmatig model. Bovendien kan van een lineair model verwacht worden dat het minder goede resultaten levert wanneer het toegepast wordt op een klimaattoestend die sterk afwijkt van die van het referentie klimaat. De eerste tests, waarin het nieuwe stralingsschema is ingebouwd in ECBILT, tonen echter aan dat het ook naar tevredenheid functioneert in een afwijkend, maar realistisch gezien mogelijk klimaat. Dit vergroot ons vertrouwen in het model als de eerste en belangrijke link tussen IMAGE 2 en ECBILT.