Hoe de opwarming van het klimaat stromingspatronen in de atmosfeer beïnvloedt, is al jarenlang onderwerp van wetenschappelijk onderzoek. We hebben al vaker (zoals hier, hier en hier) aandacht gehad voor dat onderzoek en de wetenschappelijke discussies die dat opleverde. Verschillende studies vonden de afgelopen jaren aanwijzingen voor veranderende stromingspatronen in de zomer op gematigde breedtegraden van het noordelijk halfrond. Het gaat daarbij niet zozeer om de wind zoals we die als bewoners van het aardoppervlak voelen, maar om grootschalige stromingspatronen die invloed hebben op het ontstaan en de ontwikkeling van weersystemen, en die weersystemen als geheel met zich meevoeren. De stroming wordt aangedreven door het temperatuurverschil tussen de tropen en de polen. Dat temperatuurverschil is kleiner geworden door de sterke opwarming van het noordpoolgebied en het is dus best aannemelijk dat de stroming daardoor is verzwakt. Maar ja, dat het aannemelijk is, betekent natuurlijk nog niet dat het ook is aangetoond. Het laatste IPCC-rapport hield dan ook nog flink wat slagen om de arm.
Wetenschappelijke slagen om de arm verdwijnen niet van de ene op de andere dag, maar het onderzoek staat niet stil. Een recent artikel van Rei Chemke en Dim Coumou presenteert niet alleen meer bewijs voor deze veranderingen, maar voor het eerst ook aanwijzingen voor een menselijke vingerafdruk. De terminologie is wat verwarrend: het artikel spreekt van ‘storm tracks’ of ‘weakening storms’, maar daarmee worden stromingspatronen bedoeld op een schaal van honderden tot enkele duizenden kilometers. Het gaat dus niet (of in elk geval niet alleen) over het gedrag van zomerstormen.
Om een menselijke vingerafdruk aan te tonen, moet uitgesloten worden dat er sprake is van natuurlijke variaties. Een eerste stap is dan om te kijken of er wel een trend is die duidelijk boven de variatie van jaar tot jaar ligt. Dit is onderzocht aan de hand van heranalyses. Dat zijn datasets die veel gebruikt worden in het klimaatonderzoek. Ze zijn gebaseerd op metingen van weerstations en -satellieten, die worden aangevuld met berekeningen door weermodellen. In het onderzoek is naar de periode van 1979 tot 2020 gekeken en daarin blijkt sprake van een significante verzwakking van stromingspatronen. Dat ‘signaal’ komt rond 2005 boven de ‘ruis’ uit van de variabiliteit.
Maar met een trend die te onderscheiden is van de korte-termijn-variabiliteit alleen, heb je nog niet echt een aanwijzing voor een menselijke invloed. Zelfs als die best aannemelijk is. Het bewijs zou sterker zijn als het beeld van de heranalyses goed overeen zou stemmen met simulaties van de opwarmende wereld door klimaatmodellen. Daar zat bij de vorige generatie modellen (CMIP5) een probleem. De verzwakking van de stroming deed zich daar niet of maar heel beperkt voor. In simulaties met de nieuwste generatie (CMIP6) is die een stuk duidelijker zichtbaar. Het modelgemiddelde van die verandering is in de afbeelding hieronder weergeven. Op de verticale as staat de breedtegraad en op de horizontale de hoogte, uitgedrukt in luchtdruk, zoals gebruikelijk is in de meteorologie en klimatologie. De zwarte contouren markeren gebieden met een bepaalde gemiddelde zonale (van west naar oost) windsnelheid in de zomer voor de periode 1980-1999, vanaf 20 m/s (de binnenste contour) tot 5 m/s (de buitenste) met tussenstappen van 5 m/s. De kleuren geven de verandering weer van de zonale component van de windsnelheid. En de zwarte stippen geven aan waar minstens twee derde van de modellen het eens is over de richting (toe- of afname van de windsnelheid) van die verandering.
De heranalyses en modellen laten zien dat de verzwakking het sterkste is op plekken met de hoogste windsnelheden, zoals de straalstroom. De verschillen in windsnelheid worden dus kleiner. Er is, met andere woorden, minder windschering en dat heeft invloed op de golfpatronen die in de atmosfeer ontstaan. Die golfpatronen, ofwel eddy’s, hebben een aanzienlijke invloed op het ontstaan en de ontwikkeling van weersystemen. Daarnaast neemt de snelheid af waarmee die systemen zich verplaatsen (op gematigde breedtegraden van west naar oost) door de verzwakking van de stroming. Een complex geheel, waar van alles in elkaar grijpt. Maar het zou bij kunnen dragen aan wat wel ‘global weirding’ wordt genoemd: het weer gedraagt zich anders dan we gewend zijn.
Een interessante vraag is waarom de nieuwe CMIP6-simulaties zoveel beter overeenkomen met de waarnemingen dan die van CMIP5. Een groot deel van het antwoord blijkt te zitten in nieuwe en naar je mag aannemen betere schattingen van de historische uitstoot van aerosolen door het verbranden van biomassa. Daarbij gaat het om uitstoot van zowel natuurlijke als menselijke bronnen, bijvoorbeeld het verbranden van landbouwafval en natuurbranden. Volgens die nieuwe gegevens was er meer uitstoot dan eerder werd gedacht op mid-hoge breedtegraden (tussen 55 en 65 graden noorderbreedte) en minder wat verder naar het zuiden. Aerosolen beïnvloeden de temperatuur op regionale schaal. Dat een andere verdeling van de uitstoot ervan over het aardoppervlak van invloed is op windpatronen ligt dan best voor de hand.
Dit resultaat is daarmee goed nieuws voor wetenschappers die zich bezighouden met het schatten van de uitstoot door verbranden van biomassa. Het lijkt er immers sterk op dat de nieuwe schattingen een flinke stap vooruit zijn. En het is goed nieuws voor modellenbouwers: modellen lijken de veranderingen in de stromingspatronen beter te simuleren dan werd gedacht. Het probleem met CMIP5 zat waarschijnlijk niet in de manier waarop modellen de atmosferische fysica simuleerden, maar in de ingevoerde gegevens. Onnauwkeurigheden in die cijfers maskeerden een deel van het effect dat onze uitstoot heeft op de veranderende windpatronen.
Haal je het maskerende effect weg, dan is de menselijke invloed ineens een stuk duidelijker. Dat blijkt uit de CMIP6-simulaties. Deze studie kijkt naar de hoeveelheid energie die golfbewegingen in de atmosfeer als het ware aftappen van de grootschalige circulatie. Die hoeveelheid afgetapte energie neemt af in de op waarnemingen gebaseerde heranalyses. Een vergelijkbare afname is zichtbaar in CMIP6-simulaties die menselijke emissies van broeikasgassen en aerosolen volgen. De afname treedt niet op in simulaties zonder die menselijke uitstoot. Volgens een statistische attributie-analyse zijn de veranderingen in de windpatronen dan ook met meer dan 95% zekerheid toe te schrijven aan klimaatverandering door de mens.
Ik denk niet dat de hele puzzel over dit onderwerp nu is gelegd. Maar er lijkt wel een goed passend stukje te zijn gevonden. De gevolgen van veranderingen in stromingspatronen zijn complex en kunnen mogelijk van regio tot regio anders zijn. Maar dat veranderende windpatronen ook veranderende weerpatronen opleveren, spreekt voor zich. Wind transporteert immers warmte vanuit het zuiden, kou vanuit het noorden, en het water vanaf de oceanen dat bij ons als neerslag kan vallen. Op dit moment zijn er vooral aanwijzingen dat hittegolven door deze veranderingen langer kunnen duren. Daardoor kunnen ze ook intenser worden, door uitdroging van de bodem in de loop van een hittegolf, waardoor er steeds minder warmte afgevoerd kan worden door verdamping.
Klimaatverandering 