Wetenschappers beschouwen de atmosfeer van een planeet soms als een motor. Potentiële energie, geleverd door warmte van een moederster, wordt omgezet in kinetische energie, winden produceren die rond de planeet wervelen en stormen veroorzaken.

Deze warmtemotor op aarde is efficiënter geworden door klimaatverandering, en grotere efficiëntie is in dit verband niet per se positief. Het kan gevaarlijkere cyclonen betekenen, orkanen en stormen op aarde, volgens een team van planetaire wetenschappers die hun kennis van de energiecycli van andere planeten toepassen op de verstoorde klimaatpatronen van de aarde onder door de mens veroorzaakte klimaatverandering.

"We ontdekten dat de efficiëntie van het omzetten van potentiële energie in kinetische energie de afgelopen 35 jaar is toegenomen, zodat er meer kinetische energie beschikbaar is om meer stormen te ontwikkelen. " zei Liming Li, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Houston.

LI en zijn collega's publiceerden onlangs hun onderzoek in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Klimaatwetenschappers hebben gewaarschuwd dat verwoestende stormen een grotere bedreiging zullen vormen naarmate de planeet warmer wordt. De nieuwe studie toont aan dat de energiecyclus van de atmosfeer een manier zou kunnen zijn om die stormactiviteit te 'diagnostiseren' en te begrijpen, zei Li.

Li en zijn collega's hebben gegevens geanalyseerd van NASA's Cassini-missie naar het Saturnus-stelsel en de Juno-missie naar Jupiter om de atmosferen van andere werelden in het zonnestelsel te bestuderen. Li is een deelnemende wetenschapper geweest op een aantal instrumenten van Cassini en Juno. Zijn team ontdekte dat de grootste maan van Saturnus, Titan, een evenwichtig energiebudget heeft (net als de aarde), en het team onderzocht hoe een gigantische storm op Saturnus, tienduizenden kilometers breed, veranderde hoe de planeet zonne-energie absorbeerde.

Li dacht dat zijn onderzoek naar planetaire energie voor de buitenste planeten relevant zou kunnen zijn voor de aarde, te.

"Ik wilde deze ideeën over planetaire energie toepassen op onze thuisplaneet - de aarde - om te onderzoeken of de energiecyclus ons kan helpen de voortdurende klimaatverandering beter te begrijpen, ' zei Li.

In 1955, de MIT-wetenschapper Edward Lorenz - die ons de chaostheorie en 'het vlindereffect' gaf - kwam met een complexe formule om uit te leggen hoe potentiële energie in de atmosfeer wordt omgezet in kinetische energie. Het is bekend dat de zogenaamde Lorenz-energiecyclus het klimaat en het weer beïnvloedt. Eerdere onderzoeken naar variaties in de cyclus bestreken korte perioden, slechts tot 10 jaar, niet lang genoeg om die waarnemingen te koppelen aan goed gedocumenteerde recente klimaatveranderingen, zoals de opwarming van de aarde.

"Onze studie is de eerste die de temporele variaties van [de energiecyclus] op lange termijn controleert, die voornamelijk gebaseerd is op de moderne satellietwaarnemingen, ' zei Li.

Om potentiële en kinetische energieën te berekenen, Li en zijn collega's keken naar gegevens over wind- en temperatuurvelden verzameld door observatoria en satellieten op de grond tussen 1979 en 2013. De onderzoekers ontdekten dat de totale mechanische energie van de mondiale atmosfeer in de loop van de tijd in principe hetzelfde was, maar de kinetische energie die verband houdt met stormen leek toe te nemen.

"De stijgende trend op lange termijn is op de een of andere manier een verrassing, ' zei Li.

Li legde uit dat een manier om de efficiëntie van een warmtemotor te meten is door te kijken naar de verhouding tussen de inkomende energie en de dissiperende energie. De studie vond ook een toename van de dissipatie van energie in de tijd, wat inhoudt dat onze atmosferische motor efficiënter werkt.

Dit nieuwe onderzoek zal waarschijnlijk geen directe invloed hebben op de voorspellingen van klimaatverandering buiten de meer algemene voorspelling van meer stormen in de toekomst, zei Li. De studie deed, echter, identificeer enkele hotspots waar de positieve trend in stormenergie bijzonder sterk lijkt te zijn. De meeste van die hotspots bevonden zich op het zuidelijk halfrond, met name de stormbaan rond Antarctica. Maar er werden ook verhoogde stormenergieën gevonden boven de centrale Stille Oceaan, waar wetenschappers al een intensivering van tropische cyclonen hebben gedocumenteerd.

Een groep wetenschappers heeft al het Lorenz-energiebudget voor Mars berekend, en met betere observaties van andere planeten, Li zei dat het mogelijk zal zijn om vergelijkende studies van planetaire atmosferen te doen.

Dergelijke studies zouden ons een "breed perspectief" bieden om atmosferische en klimaatsystemen te begrijpen, zei Li.

"Vooral, de voorbije klimaatevolutie op Mars, waarin Mars veranderde van een warme en natte planeet naar de huidige koude en droge wereld, zal ons helpen de klimaatverandering op onze thuisplaneet beter te begrijpen en te voorspellen, " voegde Li eraan toe.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NASA's Astrobiology Magazine. Verken de aarde en daarbuiten op www.astrobio.net.