Hoe klimaatverandering de hittegolf in de Atlantische Oceaan van 2023 versterkte

Dat de afgelopen jaren op wereldschaal extreem warm waren, zal geen nieuws zijn voor de bezoekers van ons blog. Dat El Niño daar veel te maken had, evenmin. Maar El Niño was niet de enige oorzaak. Een opvallende mariene hittegolf die zich in het voorjaar van 2023 ontwikkelde in de Noordelijke Atlantische Oceaan speelde ook mee, evenals een sterke afname van het zee-ijs rond Antarctica. En natuurlijk de doorgaande uitstoot van broeikasgassen en afname van de uitstoot van aerosolen. Een artikel dat onlangs verscheen in Nature Communications gaat dieper in op de warmte in de Atlantische Oceaan. Het onderzoek concludeert dat de hittegolf het gevolg is van een patroon van interne variabiliteit in de oceaan, maar dat de opwarming van de aarde de hoge temperatuur versterkt. Zonder de menselijke invloed op het klimaat waren de temperaturen van het zeeoppervlak die zich voordeden in de zomer van 2023 zo goed als onmogelijk geweest.

Het ligt voor de hand dat hittegolven warmer worden als de aarde in zijn geheel opwarmt. Maar niet alleen de stijging van de gemiddelde mondiale of regionale temperatuur heeft invloed. Terugkoppelingen aan het aardoppervlak of in de atmosfeer kunnen hittegolven nog intenser maken. Dat geldt voor hittegolven boven land, en ook voor die in de oceaan.

In de oceaan speelt stratificatie een belangrijke rol: het feit dat warm water aan het oceaanoppervlak lichter is dan het koudere, diepere water. De warme laag aan het oppervlak blijft daardoor boven drijven en er sijpelt maar weinig warmte door naar de diepte. Hoe groter het temperatuurverschil tussen het zeeoppervlak en de laag daaronder, hoe sterker dat effect. Heb je eenmaal een warme bovenlaag, dan houdt die zichzelf in stand. Zo kan een mariene hittegolf ontstaan. Opwarming van het klimaat leidt tot meer stratificatie, omdat het oceaanoppervlak sneller opwarmt dan diepere lagen. Volgens het onderzoek in Nature Communications heeft dit de mariene hittegolf van 2023 ongeveer 20% intenser gemaakt. Klimaatverandering maakte het extreem dus extremer, maar de warmte ontstond vanuit interne variabiliteit.

De temperatuurafwijking in de noordelijke Atlantische Oceaan in mei en juni 2023 komt overeen met een bekend patroon van interne variabiliteit. Dat patroon staat in de wetenschappelijke literatuur bekend als het ‘hoefijzer’: hoge temperaturen in de tropen en in het oostelijke deel van de oceaan. Het westen, voor de kust van Canada en de noordoostelijke staten van de VS, is juist vrij koel. Het mechanisme dat dit patroon veroorzaakt heeft wat overeenkomsten met dat van een El Niño: een interactie tussen de atmosfeer en de oceaan, met een belangrijke rol voor passaatwinden die zwakker zijn dan normaal.

Die passaat boven de oceaan verzwakte in het voorjaar van 2023 doordat het hogedrukgebied dat meestal bij de Azoren ligt minder sterk was dan normaal. (Ofwel: de index van de Noord Atlantische Oscillatie was sterk negatief.) Je zou kunnen zeggen dat de ventilatie boven de oceaan een standje lager ging. En zoals het moeilijk is om vocht weg te krijgen uit een huis met slechte ventilatie, kan er ook minder water verdampen uit het oceaanoppervlak, als de lucht erboven weinig wordt ververst. Het wateroppervlak verliest dan minder warmte door verdamping. Bij een zwakkere wind is het water ook minder in beweging, waardoor er minder verticale menging is. En er welt minder diep, koel water op voor de kust van West-Afrika. Dat er bij een zwakkere wind minder Saharazand in de lucht zit, speelt mogelijk ook nog een rol. Zwevende zanddeeltjes reflecteren invallend zonlicht en kunnen bovendien invloed hebben op bewolking.

Meer naar het noorden verzwakte ook de westenwind boven de oceaan. Een atmosferische blokkade boven Noord-Europa versterkte dit, en boog de wind meer af naar het noorden. De afwijkende atmosferische stromingspatronen veroorzaakten een afname van de bewolking boven de oceaan. Het zeeoppervlak ontving dus veel zonlicht, in de tijd van het jaar waarin het water nog vrij koud is, maar de dagen lang zijn. Alles bij elkaar waren de omstandigheden ideaal om de temperatuur van het water razendsnel te laten stijgen, en dat gebeurde dan ook. In de afbeelding hieronder is dat te zien.

De warmte bereikte eind juni zijn piek in het gebied van het ‘hoefijzer’. Maar dat geldt niet voor het gemiddelde van de hele noordelijke Atlantische Oceaan. Het artikel gaat niet uitgebreid in op de oorzaken daarvan. Wel is duidelijk dat in eerdere jaren met recordwarm oceaanoppervlak die piek ook later viel, zoals te zien is in de grafiek hieronder. Terugkoppelingen tussen oceaan en atmosfeer zullen hier meespelen. Maar stratificatie is zeker ook een belangrijke factor. Dat de stratificatie van de oceanen wereldwijd toeneemt, weliswaar met regionale en seizoensafhankelijke verschillen, is in meerdere studies geconstateerd.

Het onderzoek van Guinaldo et al. concentreert zich op het gebied van ‘het hoefijzer’ in de maanden mei en juni, waarin de temperatuurpiek van 2023 plaatsvond. De stratificatie is in dat gebied toegenomen en vertoont net als de temperatuur een piek in 2023. Heel logisch, want er is een sterke correlatie tussen temperatuur en stratificatie. Het zoutgehalte kan op regionale schaal ook invloed hebben op de stratificatie (door een toe- of afname van neerslag, verdamping, smeltwater, of aanvoer van rivieren) maar op grotere schaal is het zo goed als verwaarloosbaar. (Wat overigens niet uitsluit dat zo’n regionale verandering op zijn beurt weer voor effecten kan zorgen op grotere schaal. Met de mogelijke vertraging van de thermohaliene circulatie in de Atlantische Oceaan als bekendste voorbeeld.)

Hoeveel het verticale temperatuurprofiel door dit alles kan veranderen is zichtbaar in een andere afbeelding uit het artikel van Guinaldo et al. Vergeleken met eerdere warme jaren waren vooral de bovenste 100 meter van zeewater in 2023 veel warmer. Het illustreert hoe extremen in een warmer klimaat veel extremer kunnen worden dan je zou verwachten op basis van alleen de toename van de gemiddelde temperatuur.

In de context van allerlei discussies over de extreme warmte van 2023 trekt hoofdauteur Thibault Guinaldo een belangrijke conclusie. 2023 zal de geschiedenis ingaan als een uitzonderlijk jaar voor de noordelijke Atlantische Oceaan. Maar wat er is gebeurd past binnen het natuurwetenschappelijke raamwerk van de klimaatwetenschap, zoals dat wordt gerepresenteerd door modellen. Er is dus geen aanleiding voor een paradigmawisseling.