Ongekende zomerse warmte en overstromingen, bosbranden, droogte en stortregens – extreme weersomstandigheden komen steeds vaker voor, maar nu heeft een internationaal team van klimaatwetenschappers een verband gevonden tussen veel extreme weersomstandigheden en de impact die klimaatverandering heeft op de jetstream.

"We kwamen zo dicht mogelijk bij het aantonen van een direct verband tussen klimaatverandering en een grote familie van extreme recente weersomstandigheden, " zei Michaël Mann, vooraanstaand hoogleraar atmosferische wetenschap en directeur, Earth System Science Center, Penn State. "Kort van het daadwerkelijk identificeren van de gebeurtenissen in de klimaatmodellen."

De ongewone weersomstandigheden die de interesse van de onderzoekers wekten, zijn zaken als de Europese hittegolf van 2003, de overstromingen in Pakistan in 2010 en de hittegolf in Rusland, de hittegolf en droogte in Texas en Oklahoma in 2011 en de bosbranden in Californië in 2015.

De onderzoekers keken naar een combinatie van ongeveer 50 klimaatmodellen van over de hele wereld die deel uitmaken van het Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5), dat deel uitmaakt van het World Climate Research Programme. Deze modellen worden uitgevoerd met behulp van specifieke scenario's en produceren gesimuleerde gegevens die over de verschillende modellen kunnen worden geëvalueerd. Echter, hoewel de modellen nuttig zijn voor het onderzoeken van grootschalige klimaatpatronen en hoe deze zich in de loop van de tijd waarschijnlijk zullen ontwikkelen, er kan niet op worden vertrouwd voor een nauwkeurige weergave van extreme weersomstandigheden. Dat is waar feitelijke waarnemingen van cruciaal belang zijn.

De onderzoekers keken naar de historische atmosferische waarnemingen om de omstandigheden te documenteren waaronder extreme weerspatronen zich vormen en aanhouden. Deze omstandigheden doen zich voor wanneer de jetstream, een wereldwijde atmosferische luchtgolf die de aarde omvat, wordt stil en de pieken en dalen blijven op hun plaats.

"De meeste stationaire straalstroomstoringen, echter, zal na verloop van tijd verdwijnen, " zei Mann. "Onder bepaalde omstandigheden wordt de golfverstoring effectief beperkt door een atmosferische golfgeleider, iets vergelijkbaars met de manier waarop een coaxkabel een televisiesignaal geleidt. Verstoringen kunnen dan niet gemakkelijk verdwijnen, en zeer grote amplitudeschommelingen in de straalstroom naar het noorden en zuiden kunnen op hun plaats blijven terwijl deze de wereld ronddraaien."

Deze beperkte configuratie van de jetstream is als een achtbaan met hoge pieken en dalen, maar vormt zich alleen als er zes zijn, zeven of acht paar pieken en dalen die de aardbol omringen. De straalstroom kan zich dan gedragen alsof er een golfgeleider is - onoverbrugbare barrières in het noorden en zuiden - en er kan een golf ontstaan ​​met grote pieken en dalen.

"Als hetzelfde weer wekenlang aanhoudt in één regio, dan kunnen zonnige dagen omslaan in een serieuze hittegolf en droogte, en aanhoudende regen kan leiden tot overstromingen, " zei Stefan Rahmstorf, Potsdam Instituut voor Klimaatimpactonderzoek (PIK), Duitsland.

De structuur van de straalstroom heeft betrekking op de breedtegraad en de temperatuurgradiënt van noord naar zuid.

Temperaturen hebben meestal de steilste gradiënten op de middelste breedtegraden en er ontstaat een sterke circumpolaire straalstroom. Echter, wanneer deze temperatuurgradiënten op de juiste manier afnemen, een verzwakte "dubbele piek" jetstream ontstaat met de sterkste jetstreamwinden die zich ten noorden en ten zuiden van de middelste breedtegraden bevinden.

"De opwarming van het noordpoolgebied, de polaire versterking van de opwarming, speelt hier een sleutelrol, "zei Mann. "Het oppervlak en de lagere atmosfeer warmen meer op in het noordpoolgebied dan waar ook ter wereld. Dat patroon projecteert op het temperatuurgradiëntprofiel dat we identificeren als ondersteunende atmosferische golfgeleideromstandigheden."

theoretisch, staande jetstreamgolven met noord/zuid-golvingen met grote amplitude zouden ongebruikelijke weersomstandigheden moeten veroorzaken.

"We vertrouwen klimaatmodellen nog niet om specifieke afleveringen van extreem weer te voorspellen, omdat de modellen te grof zijn. " zei studie co-auteur Dim Coumou van PIK. "Echter, de modellen reproduceren getrouw grootschalige patronen van temperatuurverandering, " voegde co-auteur Kai Kornhuber van PIK toe.

De onderzoekers keken naar waarnemingen in de echte wereld en bevestigden dat dit temperatuurpatroon overeenkomt met de dubbele piek van de jetstream en golfgeleider die wordt geassocieerd met aanhoudende extreme weersomstandigheden in de late lente en zomer, zoals droogtes, overstromingen en hittegolven. Ze ontdekten dat het patroon prominenter is geworden in zowel waarnemingen als simulaties van klimaatmodellen.

"Met behulp van de simulaties, laten we zien dat stijgende broeikasgassen verantwoordelijk zijn voor de toename, " zei Mann. De onderzoekers noteerden in het huidige (27 maart) nummer van Wetenschappelijke rapporten dat "Zowel de modellen als de waarnemingen suggereren dat dit signaal pas recentelijk is voortgekomen uit het achtergrondgeluid van natuurlijke variabiliteit."

"We zijn nu in staat om de punten met elkaar te verbinden als het gaat om door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde en een reeks extreme recente weersomstandigheden, " zei Mann.

Hoewel de modellen individuele extreme weersomstandigheden niet betrouwbaar volgen, ze reproduceren de jetstreampatronen en temperatuurscenario's die in de echte wereld dagenlang tot stortregens leiden, weken van brandende zon en afwezigheid van neerslag.

"Momenteel hebben we alleen naar historische simulaties gekeken, "zei Mann. "De volgende stap is om de modelprojecties van de toekomst te onderzoeken en te zien wat ze impliceren over wat er in het verschiet ligt wat betreft verdere toename van extreem weer."