Meer aanwijzingen voor een verband tussen aanhoudend extreem zomerweer en snelle opwarming in het Noordpoolgebied

Schematische weergave van een blokkade

Dat extreem zomerweer extremer kan worden in een warmer klimaat ligt voor de hand. Als de temperatuur stijgt kunnen hittegolven warmer worden, vaker voorkomen of langer duren. Of alle drie. En uit warmere oceanen verdampt meer water, wat extremere neerslag tot gevolg kan hebben. Dit soort veranderingen is te verwachten op basis van vrij simpele fysische (of: thermodynamische) processen. Maar er is ook een ander soort veranderingen mogelijk, dat te maken heeft met de atmosferische dynamiek. De aarde warmt niet overal evenveel of even snel op. Land warmt sneller op dan oceanen, en door arctische amplificatie warmt het Noordpoolgebied sneller op dan de tropen. Temperatuurverschillen drijven de circulatie in de atmosfeer aan. Als die temperatuurverschillen veranderen, kan er dus ook wat veranderen in stromingspatronen in de atmosfeer. En dat kan op bepaalde plekken op aarde gevolgen hebben voor het weer.

De atmosferische dynamiek is veel complexer dan de thermodynamica van het klimaat. Hoe die dynamiek verandert in een veranderend klimaat is dan ook niet zo makkelijk te voorspellen. Klimaatmodellen simuleren zulke veranderingen niet zo goed. Er is dus nog de nodige onzekerheid over wat op dit punt zal gebeuren als het klimaat verder opwarmt. Terwijl het wel belangrijk is, omdat het veel invloed kan hebben op wat er met het klimaat gebeurt op lokaal niveau. Het vergaren van kennis hierover is daarom een belangrijk aandachtspunt van de klimaatwetenschap.

Hoeveel invloed atmosferische dynamiek kan hebben, hebben we afgelopen zomer gemerkt. Een hogedrukgebied dat lang op ongeveer dezelfde plek boven Scandinavië bleef liggen – in meteorologisch jargon: een blokkade – zorgde voor een aanhoudende stroom van warme en droge lucht. Had die blokkade op een andere plek gelegen, dan hadden we misschien de hele zomer in de regen gezeten.

De blokkade boven Scandinavië in zomer 2018. Bron: Jan Visser op Twitter

Blokkades zijn al enkele jaren een belangrijk onderwerp in het klimaatonderzoek. Ze hangen samen met kronkels in de straalstroom, Rossby-golven of planetaire golven genaamd, en er zijn aanwijzingen dat er iets verandert in het gedrag van die kronkels. Dat veranderende gedrag zou wel eens te maken kunnen hebben met het opwarmende klimaat. De straalstroom wordt aangedreven door het temperatuurverschil tussen de tropen en de polen. Dat temperatuurverschil wordt, vooral op het noordelijk halfrond, kleiner door de arctische amplificatie. De invloed hiervan op de atmosferische circulatie kan op verschillende manieren zichtbaar worden. Er zijn duidelijke aanwijzingen dat het leidt tot afzwakking van de activiteit in “storm tracks” (gebieden waarin stormdepressies zich bewegen) op gematigde breedtegraden in de zomer. Dit is een robuust signaal in zowel waarnemingen (over 1979 – 2016) als in modellen. Andere veranderingen die van invloed kunnen zijn op het zomerweer zijn een verplaatsing van de straalstroom in zijn geheel en een verandering in het gedrag van de Rossby-golven. Over die veranderingen is de wetenschap nog volop in ontwikkeling.

Schematische weergave van verwachte veranderingen in atmosferische circulatie als gevolg van arctische amplificatie. Bron: Coumou et al. 2018

Onderzoek heeft de afgelopen jaren laten zien dat hoe arctische amplificatie het gedrag van Rossby-golven kan beïnvloeden. Onder bepaalde omstandigheden kunnen Rossby-golven in de straalstroom  ‘gevangen’ gevangen raken op een bepaalde plek. Dit heeft deels te maken met karakteristiek golfgedrag, dat lijkt op resonantie. Daarnaast kunnen hoogteverschillen in het landschap of temperatuurverschillen tussen land en oceaan de stroming geleiden. Als die effecten elkaar versterken kan een behoorlijk stabiel patroon ontstaan. De versterkte opwarming van land gebieden in het hoge noorden (Siberie, Canada) maakt dit soort omstandigheden waarschijnlijker – zo is de theorie ten minste. Bij zo’n stabiel patroon heeft een flink gebied voor langere tijd hetzelfde weer: op de ene plek blijft het warm en droog en op de andere plek juist koud en nat. Droogte in één gebied en wateroverlast elders kunnen dan twee kanten van één medaille zijn.

In een artikel in Science Advances worden nieuwe aanwijzingen gepresenteerd voor de invloed van de arctische amplificatie op dit fenomeen, dat quasi-resonante versterking van Rossby-golven wordt genoemd. Het onderzoek is vooral noest speurwerk. Daarover zo dadelijk wat meer. Eerst, in het kort, de resultaten.

De omstandigheden waaronder quasi-resonante versterking kan optreden zullen in een warmer klimaat vaker voorkomen volgens de meeste klimaatmodellen. De mate waarin varieert sterk tussen modellen. De onzekerheid over wat we in de toekomst kunnen verwachten is dus aanzienlijk. De onzekerheid hangt grotendeels samen met de complexiteit van de atmosferische dynamiek. Maar ook menselijke emissies zijn een oorzaak van onzekerheid. Het gaat dan niet alleen om broeikasgassen, maar ook om aerosolen. Aerosolen hebben, anders dan broeikasgassen als CO₂ en methaan, een te korte verblijftijd in de atmosfeer om zich over het hele aardoppervlak te kunnen verspreiden. De concentraties, en dus het afkoelende effect op het klimaat, zijn het hoogst in de omgeving van waar de emissies plaatsvinden. Veel van die bronnen bevinden zich op gematigde breedtegraden op het noordelijk halfrond. De verwachting is dat de emissies van aerosolen de komende decennia flink af zullen nemen, en dat gebieden waar dat gebeurt extra op zullen warmen. Het effect daarvan op de straalstroom zou tegengesteld kunnen zijn aan dat van de arctische amplificatie.

Het zal duidelijk zijn: met alle onzekerheden die er zijn wagen de onderzoekers zich niet aan harde voorspellingen. Wel wijzen ze er op dat onzekerheid niet noodzakelijk goed nieuws is. Het is niet uit te sluiten dat blokkades in een warm klimaat fors toe zullen nemen in aantal, of in duur, of in beide. Sommige delen van de wereld zouden daardoor in de toekomst in de zomer veel vaker te maken kunnen krijgen met aanhoudende droogte en andere delen juist met lange periodes van (mogelijk extreme) neerslag. De grote onzekerheid maakt het extra moeilijk om hierop te anticiperen.

Tenslotte nog iets over de aanpak van het onderzoek. Sommige mensen wekken graag de indruk dat klimaatonderzoek niet meer voorstelt dan modelletjes draaien. En dat klimaatwetenschappers de resultaten van zulke modelberekeningen klakkeloos napraten. Dit onderzoek laat zien hoe misplaatst zulke suggesties zijn. In werkelijkheid vormen waarnemingen en kennis van atmosferische fysica het vertrekpunt van dit type onderzoek. Minutieuze vergelijking van waarnemingen met modellen en van modellen onderling helpt bij de analyse. De verschillen die in die vergelijkingen worden gevonden zijn zeker zo interessant als de overeenkomsten. Want meer begrip van verschillen tussen waarnemingen en modellen, of tussen modellen onderling, kan meer inzicht in de werking van het klimaat opleveren. Het is speur- en puzzelwerk waarmee de wetenschap stapje voor stapje voortschrijdt.

Dank aan Dim Coumou voor de hulp bij het schrijven van dit stuk.