Downscaling wordt bereikt door het uitvoeren van een Regionaal Klimaatmodel (RCM) over een specifieke regio of domein, waarbij de initiële en laterale randvoorwaarden verkregen worden door mondiale heranalyse-gegevens of Global Climate Model (GCM)-runs (Giorgi, 2019). Het is belangrijk op te merken dat hoewel RCM’s gedetailleerde klimaat-informatie bieden, hun nauwkeurigheid afhangt van de randvoorwaarden en de kwaliteit van het model zelf (Rummukainen, 2010). Aangezien GCM’s een breed perspectief bieden op het wereldklimaat, kunnen ze de lokale variabiliteit en extremen die zich in specifieke regio’s voordoen, niet volledig vastleggen. De extremen die vaak op fijnere schaal worden waargenomen, worden vaak verzwakt op een grid-schaal.

Klimaatverandering beïnvloedt bijna alle componenten van het natuurlijke systeem door de hydrologische cyclus, weerpatronen, biodiversiteit en ecosystemen te veranderen. Daarom is het essentieel een mechanisme te hebben waarmee de langetermijntoestand van het klimaat onder verschillende sets van aannames of paden kan worden voorspeld (Santoso et al., 2008). Klimaatscenario's helpen beleidsmakers en onderzoekers de potentiële impact van klimaatverandering op verschillende elementen van het aardse systeem te voorzien, veroorzaakt door menselijke activiteiten. Klimaatscenario's moeten niet worden verward met klimaatvoorspellingen of klimaatprognoses (IPCC, 2007), aangezien ze de toekomst niet voorspellen; in plaats daarvan bieden ze projecties over de toestand van het klimaat die kan optreden wanneer het wordt blootgesteld aan bepaalde voorwaarden, bijvoorbeeld het emissieniveau. Dergelijke scenario's helpen beleidsmakers en planners bij het nemen van de benodigde maatregelen om klimaatverandering tegen te gaan en geschikte aanpassings- en mitigeringsstrategieën te ontwerpen.

In dit verband is het belangrijk dat scenario’s worden gebruikt voor het bestuderen van de potentiële gevolgen van klimaatverandering voor hydrologische componenten onder verschillende niveaus van opwarming of geprojecteerde scenario’s (Mishra en Singh, 2009; Chong-hai en Ying, 2012; Aloysius et al., 2016; Hasson et al., 2016; Wang et al., 2016; Fahad et al., 2018; Bisht et al., 2019, 2020). Het IPCC biedt klimaatscenario’s aan om de impact van klimaatverandering op verschillende sociaal-omgevingscomponenten en natuurlijke hulpbronnen te beoordelen (IPCC-TGICA, 2007). Sinds 1990 heeft het IPCC verschillende scenario’s gepresenteerd. In het eerste beoordelingsrapport (FAR) van het IPCC werden drie soorten scenario’s gepresenteerd, namelijk (1) het evenwichtsscenario, gebaseerd op een vaste CO2-concentratie, (2) het transiënte scenario, gebaseerd op een jaarlijkse toename van de CO2-concentratie met een vast percentage, en (3) het Wetenschappelijk Beoordelings (SA90)-scenario, gebaseerd op bevolkingsprojectie (USGCRP, 2017).

In het tweede beoordelingsrapport van het IPCC (SAR) werden zes nieuwe op emissies gebaseerde scenario’s (IS92) gepubliceerd (IPCC-TGICA, 2007). De IS92-scenario’s werden vervangen door vier nieuwe sets op basis van het Speciale Rapport over Emissiescenario’s (SRES) gepubliceerd in 2000 in het derde beoordelingsrapport (TAR) van het IPCC. De SRES-scenario’s werden ook gebruikt in het vierde beoordelingsrapport (FAR) van het IPCC, gepubliceerd in 2007. Vervolgens werden de bijgewerkte scenario’s, namelijk de Representative Concentration Pathways (RCP’s) en de Shared Socio-economic Pathways (SSP’s), gepubliceerd in het vijfde beoordelingsrapport, AR5 (IPCC, 2013) en het zesde beoordelingsrapport, AR6 (IPCC, 2021). Hieronder worden kort de SRES-, RCP- en SSP-scenario’s besproken.

Speciale Rapporten over Emissiescenario’s (SRES)
Het IPCC publiceerde in 2000 het Speciale Rapport over Emissiescenario’s (SRES), waarin verschillende klimaatprojecties werden gepresenteerd op basis van emissiescenario’s, namelijk de mondiale productie van broeikasgassen (GHG) en veranderingen in aërosolprecursoren in de atmosfeer (IPCC-TGICA, 2007). Het rapport beschrijft de relatie tussen verschillende krachten die de productie van broeikasgassen en aërosolen aandrijven, zoals bevolking, economie, technologie, energie en landgebruik (IPCC, 2000), en hun evolutie. Vier verhaallijnen en scenariofamilies, namelijk A1, A2, B1 en B2, werden ontwikkeld (Fig. 5.4).

Verhaallijn A1 voorspelde een periode van snelle economische groei met nieuwe, efficiëntere technologieën en een stijgende wereldbevolking die tot het midden van de eeuw zou toenemen, gevolgd door een afname. In verhaallijn A2 werd een heterogene wereld voorgesteld, waarin de bevolking bleef toenemen met gefragmenteerde regionale economische ontwikkeling. Verhaallijn B1 voorspelde een wereld met schone en efficiënte technologieën, waarbij de economie zich meer zou richten op informatie en diensten. In verhaallijn B2 werd een wereld voorzien met een matige economische groei, met een lagere bevolkingsgroei dan in verhaallijn A2.

Representative Concentration Pathways (RCP’s)
De Representative Concentration Pathways (RCP’s) representeren de verwachte trajecten van broeikasgasemissies om verschillende klimaattoekomstbeelden te beschrijven. Deze toekomstbeelden worden gedefinieerd door radiatieve forcing van respectievelijk 2,6, 4,5, 6 en 8,5 W/m², vertegenwoordigd door RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 6.0 en RCP 8.5 (IPCC, 2013). Radiatieve forcing geeft de netto verandering aan in de energiebalans van de aarde, oftewel het verschil tussen neerwaartse en opwaartse stralingsfluxen aan de bovenkant van de atmosfeer door een verandering in de concentratie van broeikasgassen of de straling van de zon. Positieve en negatieve radiatieve forcing wijzen respectievelijk op opwarming en afkoeling van de aarde (IPCC, 2013). De vier paden, gedefinieerd door verschillende radiatieve forcing, werden gebruikt in de CMIP5-klimaatprojecties in het vijfde beoordelingsrapport van het IPCC (Fig. 5.5). Het is belangrijk op te merken dat de term ‘Representatief’ aangeeft dat elke RCP verwijst naar een specifiek traject uit de vele mogelijke scenario’s die zouden kunnen leiden tot de gedefinieerde radiatieve forcing. Het gebruik van de term ‘Pad’ benadrukt het traject van de algehele uitkomst samen met het langetermijnniveau van de GHG-concentratie aan het einde van de eeuw (Moss et al., 2010).

Shared Socio-economic Pathways (SSP’s)

De Shared Socio-economic Pathways (SSP’s) vormen de nieuwste ontwikkeling in het zesde beoordelingsrapport van het IPCC voor het analyseren van het verwachte toekomstige klimaat in de CMIP6-modelruns door verschillende socio-economische narratieven in te passen (IPCC, 2021). Deze narratieven vertegenwoordigen factoren zoals nationale beleidsmaatregelen, maatschappelijke praktijken, technologische ontwikkelingen, regionale dynamiek en andere trends die diepgaande invloed hebben op de snelheid van de mondiale opwarming (O’Neill et al., 2017). Elk van de SSP’s is ontworpen met verschillende niveaus van sociaaleconomische uitdagingen waarmee de samenleving zal worden geconfronteerd bij het mitigeren en aanpassen aan klimaatverandering (Fig. 5.6).

Hoe de Hydrologische Cyclus Water Verplaatst, Slaat op en Beïnvloedt Onze Aarde

Water is het levensbloed van onze planeet, een essentieel element dat door een onophoudelijke cyclus beweegt, zich verplaatst, opgeslagen wordt en afgebroken door verschillende systemen van de Aarde. De hydrologische cyclus beschrijft deze ononderbroken verplaatsing van water tussen de atmosfeer, het aardoppervlak en de oceanen. Water op het aardoppervlak komt in de eerste plaats terecht door neerslag, die varieert in zowel ruimte als tijd, met eigenschappen die verschillende frequenties vertonen. Dit water wordt vaak verontreinigd door fysieke, chemische en biologische stoffen zodra het in contact komt met de grond. Vervolgens beweegt het onder invloed van zwaartekracht, wordt deels opgeslagen en infiltreert deels in de bodem, wat weer het grondwater voedt.

De beweging van water naar rivieren leidt uiteindelijk naar de oceanen of zeeën. Tegelijkertijd verdampt het water van het aardoppervlak, meren en andere waterlichamen, evenals de zeeën en oceanen, en keert zo terug naar de atmosfeer. Deze circulatie, die geen begin of einde kent, is de hydrologische cyclus. Het is een proces dat zich eindeloos herhaalt, zoals beschreven door Chow (1964), en bevestigd door de figuren van Williams en Ferrigno (2012).

De US Geological Survey meldt dat ongeveer 97,4% van al het water op aarde zich in oceanen en zeeën bevindt, wat zout water betreft dat niet direct bruikbaar is voor menselijke consumptie. Het resterende 2,5% is zoetwater, waarvan het grootste deel, ongeveer 68,7%, is opgeslagen in ijskappen en gletsjers. Het percentage zoetwater dat beschikbaar is in meren en rivieren is klein, slechts 1,2%, wat aangeeft dat er relatief weinig zoetwater in oppervlakkige waterlichamen beschikbaar is voor menselijke consumptie. Zelfs binnen deze 1,2% is het grootste deel opgeslagen in het grondijs en permafrost, wat het voor onmiddellijke toegang ontoegankelijk maakt.

In termen van verplaatsing speelt neerslag een cruciale rol, met jaarlijks ongeveer 505.000 km³ water die de Aarde bereikt via verschillende vormen van neerslag, zoals regen, sneeuw, hagel en mistdrup. Van dit totaal valt ongeveer 78% over de oceanen en zeeën. Het is belangrijk te realiseren dat van deze neerslag ongeveer 86% van de verdamping afkomstig is uit oceanen en zeeën, hetgeen aantoont hoe groot de invloed van het oceaanwater is op de wereldwijde watercyclus.

De watercyclus heeft ook betrekking op het concept van "residencetijd", wat de gemiddelde tijd is die water in een specifiek reservoir blijft. In Antarctica bijvoorbeeld blijft water gemiddeld 20.000 jaar, terwijl het in de oceanen slechts 3.200 jaar is. Dit fenomeen varieert sterk afhankelijk van de locatie en het type waterreservoir. Zo hebben rivieren een relatief korte residencetijd van 3 tot 6 maanden, terwijl grondwater veel langer kan blijven, afhankelijk van de diepte en het type grondwater (shallow of deep groundwater).

Wat betreft het oppervlaktewater is de verdeling van waterbronnen zoals meren, rivieren en moerassen bijzonder belangrijk om te begrijpen. Het water in rivieren is slechts een klein percentage van het totale water op aarde, maar speelt een onmiskenbare rol in het vervoer van water van land naar zee. Het grondwater, dat 23,4 miljoen kubieke kilometer vertegenwoordigt, is van groot belang voor de watervoorziening van veel regio's, maar ook hier is de toegankelijkheid sterk afhankelijk van het type en de locatie.

Het concept van infiltratie is een ander essentieel onderdeel van de watercyclus. Infiltratie verwijst naar het proces waarbij water in de bodem dringt. Het hangt af van verschillende factoren, waaronder de hoeveelheid neerslag, het soort bodem en de staat van de bodem (droog of vochtig). De snelheid van infiltratie is het hoogst wanneer de bodem droog is, wat leidt tot de potentiële infiltratiesnelheid, maar naarmate de bodem verzadigd raakt, daalt de infiltratiesnelheid tot het zogenaamde steady-state niveau. Dit proces is van bijzonder belang in droge gebieden, waar infiltratie van cruciaal belang kan zijn voor het behoud van bodemvocht en de groei van planten.

Bovendien is het begrip van bodemvocht essentieel voor het begrijpen van de watercyclus. Bodemvocht is het water dat aanwezig is in de poriën van de bodem. Deze poriën zijn van cruciaal belang voor de infiltratie en opslag van water. Bodems met grote korrelgroottes, zoals zand, hebben doorgaans een lagere porositeit dan bodems met fijne korrels, zoals klei. Daarnaast is het belangrijk te begrijpen dat een groot deel van de porositeit in landbouwgrond bezet kan zijn door wortels van planten, wormen en andere organismen, wat de effectieve porositeit verlaagt.

Ten slotte moet het begrip "percolatie" worden opgemerkt. Dit is het proces waarbij water door de bodem beweegt nadat het is geïnfiltreerd. Percolatie bepaalt de vochtigheidstoestand van de bodem, die kan variëren van een minimale hoeveelheid water die bijdraagt aan het verwelkingspunt, tot de maximale hoeveelheid water die beschikbaar is voor plantengroei.

Het belang van deze processen kan niet genoeg benadrukt worden voor degenen die betrokken zijn bij waterbeheer, landgebruik en landbouw. De hydrologische cyclus beïnvloedt niet alleen de beschikbaarheid van water voor menselijke consumptie, maar ook de ecologische gezondheid van onze ecosystemen en het vermogen van de Aarde om zich aan te passen aan klimaatverandering. Het is essentieel dat we de dynamiek van deze processen goed begrijpen, vooral in gebieden die gevoelig zijn voor watertekorten of overstromingen.

Hoe Breng Je Kleur en Smaak Samen in de Keuken? Het Verhaal van Seizoensgebonden Ingrediënten
Waarom klinkt Trump zo anders dan andere presidentskandidaten?
Wat zijn de basisprincipes van nucleaire reactorfysica en de werking van reactoren?