De verlammende droogte in de winter die Californië van 2013 tot 2015 trof evenals de ongewoon natte winter in Californië van dit jaar, lijken geassocieerd te zijn met hetzelfde fenomeen:een kenmerkend golfpatroon dat opduikt in de bovenste atmosfeer en de aardbol omcirkelt.

Wetenschappers van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) ontdekten in een recent onderzoek dat de aanhoudende hogedrukrug voor de westkust van Noord-Amerika die stormen tijdens de winters van 2013-14 en 2014-15 verhinderde om aan land te komen, werd geassocieerd met het golfpatroon, die ze golfnummer-5 noemen. Vervolgonderzoek toonde aan dat golfnummer 5 deze winter weer opdook, maar met zijn hoge- en lagedrukkenmerken in een andere positie, waardoor doordrenkende stormen uit de Stille Oceaan aan land kunnen komen.

"Dit golfpatroon is een wereldwijd dynamisch systeem dat soms droogte of overstromingen in Californië meer kans maakt, " zei NCAR-wetenschapper Haiyan Teng, hoofdauteur van de California paper. "Naarmate we meer leren, dit kan uiteindelijk een nieuw venster openen naar voorspelbaarheid op lange termijn."

De bevinding maakt deel uit van een opkomend onderzoek naar het golfpatroon dat de belofte inhoudt van een beter begrip van seizoensweerpatronen in Californië en elders. Weer een nieuw papier onder leiding van NCAR-wetenschapper Grant Branstator, gaat dieper in op het krachtige golfpatroon, het analyseren van de fysieke processen die helpen leiden tot de vorming ervan, evenals de seizoensvariaties en hoe deze varieert in sterkte en locatie.

De Californische studie werd gepubliceerd in de Tijdschrift voor Klimaat terwijl de uitgebreide studie naar de golfpatronen in de Tijdschrift voor de Atmosferische Wetenschappen . Beide papers werden gefinancierd door de National Science Foundation, die de sponsor van NCAR is, evenals door het ministerie van Energie, de National Oceanic and Atmospheric Administration, en Nasa.

De nieuwe artikelen volgen op een onderzoek uit 2013 van Teng en Branstator, waaruit blijkt dat een patroon met betrekking tot golfnummer 5 de neiging had om ongeveer 15-20 dagen voor grote zomerhittegolven in de Verenigde Staten op te duiken.

Sterke effecten op lokale weersystemen

Golfnummer-5 bestaat uit vijf paar afwisselende hoge- en lagedrukelementen die de wereld ongeveer 10 kilometer boven de grond omcirkelen. Het is een soort atmosferisch fenomeen dat bekend staat als een Rossby-golf, een zeer grootschalige planetaire golf die sterke effecten kan hebben op lokale weersystemen door warmte en vocht te verplaatsen tussen de tropen en hogere breedtegraden, maar ook tussen oceanische en binnenlandgebieden en door te beïnvloeden waar stormen voorkomen.

De langzaam bewegende Rossby-golven worden soms bijna stationair. Wanneer ze dat doen, het resultaat kunnen hardnekkige weerspatronen zijn die vaak tot droogte leiden, overstromingen, en hittegolven. Golfnummer-5 heeft vaak deze stationaire kwaliteit wanneer het tijdens de noordelijke winter verschijnt, en, als resultaat, wordt geassocieerd met een grotere kans op aanhoudende extreme gebeurtenissen.

Om te bepalen in welke mate het golfpatroon de droogte in Californië beïnvloedde, Teng en Branstator gebruikten drie gespecialiseerde computermodellen, evenals Californische regenvalrecords en 20e-eeuwse gegevens over wereldwijde atmosferische circulatiepatronen. De verschillende vensters in de atmosfeer en neerslagpatronen onthulden dat de vorming van een bergkam aan de kust van Californië wordt geassocieerd met de opkomst van het kenmerkende golfgetal-5-patroon, die regenproducerende lagedruksystemen leidt, zodat ze goed ten noorden van Californië reizen.

De afgelopen winter, toen Californië werd geteisterd door een reeks hevige stormen, golfnummer-5 was ook aanwezig, zeiden de wetenschappers. Maar het patroon was verschoven over Noord-Amerika, het vervangen van de hogedrukrug voor de kust door een lagedruktrog. Het resultaat was dat de stormen die tijdens de droge winters naar het noorden werden gedreven, in plaats daarvan, aan land mogen komen.

Aanwijzingen voor seizoensgebonden weerpatronen

Voorspellers die seizoensgebonden weerpatronen voorspellen, hebben grotendeels gekeken naar verschuivende zeewatertemperaturen in de tropische Stille Oceaan, vooral veranderingen in verband met El Niño en La Niña. Maar tijdens de droge winters van 2013-14 en 2014-15, die omstandigheden varieerden aanzienlijk:de ene had het begin van een El Niño, terwijl de temperatuur van het zeeoppervlak tijdens de andere niet kenmerkend was voor El Niño of La Niña.

Het nieuwe onderzoek geeft aan dat het golfpatroon een extra bron van voorspelbaarheid kan bieden die soms belangrijker kan zijn dan de effecten van veranderingen in de temperatuur van het zeeoppervlak. Eerst, echter, wetenschappers moeten beter begrijpen waarom en wanneer het golfpatroon ontstaat.

In het artikel gepubliceerd in Journal of the Atmospheric Sciences, Branstator en Teng onderzochten de fysica van het golfpatroon. Met behulp van een vereenvoudigd computermodel van het klimaatsysteem om de essentiële fysieke processen te identificeren, het paar ontdekte dat golfnummer-5 wordt gevormd wanneer sterke jetstreams als golfgeleiders fungeren, de anders meanderende Rossby-golf strakker te maken tot de kenmerkende configuratie van vijf hoge en vijf lage tonen.

"De jets werken om de energie te concentreren, "Zei Branstator. "Als de jets aanwezig zijn, de energie zit vast en kan niet ontsnappen." Maar zelfs als de jets aanwezig zijn, het golfgetal-5 patroon wordt niet altijd gevormd, wat aangeeft dat er ook andere krachten spelen die studie vereisen.

De wetenschappers zochten ook specifiek naar de oorzaak van het golfpatroon dat verband houdt met de ernstige droogte in Californië. In de krant gepubliceerd in de Tijdschrift voor Klimaat , het paar ontdekte dat extreem zware regenval van december tot februari in bepaalde regio's van de tropische Stille Oceaan de kans zou kunnen verdubbelen dat de extreme bergkam die verband houdt met golfnummer 5 zich zal vormen. De reden kan te maken hebben met de tropische regen die delen van de bovenste atmosfeer op zo'n manier verhit dat de vorming van het golfgetal-5-patroon wordt bevorderd.

Maar de wetenschappers waarschuwden dat er nog veel vragen blijven.

"We moeten wereldwijd zoeken naar factoren die dit golfgetal-5-gedrag veroorzaken, "Tang zei, "Onze studies zijn slechts het begin van die zoektocht."