Na een ongewoon intense hittegolf, regen of droogte, Noah Diffenbaugh en zijn onderzoeksgroep krijgen onvermijdelijk telefoontjes en e-mails met de vraag of door de mens veroorzaakte klimaatverandering een rol heeft gespeeld.

"De vraag wordt gesteld door het grote publiek en door mensen die proberen beslissingen te nemen over hoe de risico's van een veranderend klimaat te beheersen, " zei Diffenbaugh, een professor in Aardsysteemwetenschap aan Stanford's School of Earth, Energie &Milieuwetenschappen. "Een nauwkeurig antwoord krijgen is belangrijk voor alles, van landbouw tot verzekeringspremies, aan internationale toeleveringsketens, naar infrastructuurplanning."

Vroeger, wetenschappers vermeden doorgaans om individuele weersomstandigheden te koppelen aan klimaatverandering, daarbij verwijzend naar de uitdagingen om de menselijke invloed te onderscheiden van de natuurlijke variabiliteit van het weer. Maar dat is aan het veranderen.

"In het afgelopen decennium er is een explosie van onderzoek geweest, tot het punt dat we resultaten zien die binnen een paar weken na een grote gebeurtenis worden vrijgegeven, " zei Diffenbaugh, die ook de Kimmelman Family Senior Fellow is bij het Stanford Woods Institute for the Environment.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in het nummer van deze week van Proceedings van de National Academy of Sciences , Diffenbaugh en een groep huidige en voormalige Stanford-collega's schetsen een 'kader' in vier stappen om te testen of de opwarming van de aarde heeft bijgedragen aan recordbrekende weersomstandigheden. De nieuwe paper is de nieuwste in een ontluikend gebied van klimaatwetenschap genaamd "extreme event attribution, " die statistische analyses van klimaatwaarnemingen combineert met steeds krachtigere computermodellen om de invloed van klimaatverandering op individuele extreme weersomstandigheden te bestuderen.

Vingerafdrukken klimaatverandering

Om te voorkomen dat een gebeurtenis ten onrechte wordt toegeschreven aan klimaatverandering, de auteurs begonnen met de veronderstelling dat de opwarming van de aarde geen rol had gespeeld, en gebruikte vervolgens statistische analyses om te testen of die veronderstelling klopte. "Onze benadering is zeer conservatief, Diffenbaugh zei. "Het is als het vermoeden van onschuld in ons rechtssysteem:de standaard is dat het weer gewoon pech was, en er is een echt hoge bewijslast vereist om de opwarming van de aarde de schuld te geven."

De auteurs pasten hun raamwerk toe op de heetste, natste en droogste gebeurtenissen die hebben plaatsgevonden in verschillende delen van de wereld. Ze ontdekten dat de opwarming van de aarde door menselijke uitstoot van broeikasgassen de kans op de heetste gebeurtenissen heeft vergroot over meer dan 80 procent van het aardoppervlak waarvoor waarnemingen beschikbaar waren. "Onze resultaten suggereren dat de wereld nog niet helemaal op het punt staat waarop elke recordhit een detecteerbare menselijke vingerafdruk heeft, maar we komen in de buurt, ' zei Diffenbaugh.

Voor de droogste en natste evenementen, de auteurs ontdekten dat menselijke invloed op de atmosfeer de kansen heeft vergroot in ongeveer de helft van het gebied met betrouwbare waarnemingen. "Neerslag is van nature luidruchtiger dan temperatuur, dus we verwachten dat het signaal minder duidelijk is, " zei Diffenbaugh. "Een van de duidelijkste signalen die we zien, is een toename van de kans op extreme droge gebeurtenissen in de tropen. Dit is ook waar we de grootste toename zien in de kans op langdurige hete gebeurtenissen - een combinatie die reële risico's vormt voor kwetsbare gemeenschappen en ecosystemen."

Het Stanford-onderzoeksteam, waaronder een aantal oud-studenten en postdocs die zijn afgestudeerd aan functies aan andere universiteiten, heeft de afgelopen jaren hun raamwerk voor extreme evenementen ontwikkeld, gericht op individuele gebeurtenissen zoals de droogte in Californië van 2012-2017 en de catastrofale overstromingen in Noord-India in juni 2013. In de nieuwe studie, een belangrijk doel was om het vermogen van hun raamwerk te testen om gebeurtenissen in meerdere regio's van de wereld te evalueren, en om verder te reiken dan extreme temperaturen en neerslag, die de nadruk hebben gelegd op de meeste gebeurtenisattributiestudies.

Testgevallen

Een spraakmakende testcase was Arctisch zee-ijs, die in de afgelopen drie decennia met ongeveer 40 procent is afgenomen tijdens het zomerseizoen. Toen het team hun raamwerk toepaste op de recordlaagte Arctische zee-ijsbedekking die in september 2012 werd waargenomen, ze vonden overweldigend statistisch bewijs dat de opwarming van de aarde heeft bijgedragen aan de ernst en waarschijnlijkheid van de zee-ijsmetingen van 2012. "De trend in het noordpoolgebied is erg steil geweest, en onze resultaten laten zien dat het uiterst onwaarschijnlijk zou zijn geweest om de recordlaagte omvang van het zee-ijs te bereiken zonder opwarming van de aarde, ' zei Diffenbaugh.

Een ander sterk punt van een veelzijdige aanpak, het team zegt, is dat het kan worden gebruikt om niet alleen de weersomstandigheden aan de oppervlakte te bestuderen, maar ook de meteorologische "ingrediënten" die bijdragen aan zeldzame gebeurtenissen. "Bijvoorbeeld, we ontdekten dat het atmosferische drukpatroon dat zich tijdens de hittegolf van 2010 boven Rusland voordeed, de afgelopen decennia waarschijnlijker is geworden, en dat de opwarming van de aarde heeft bijgedragen aan die kansen, " zei co-auteur Daniel Horton, een assistent-professor aan de Northwestern University in Evanston, Illinois, en een voormalig postdoc in het laboratorium van Diffenbaugh die onderzoek heeft geleid naar de invloed van atmosferische drukpatronen op extreme oppervlaktetemperaturen. "Als de kansen van een individueel ingrediënt veranderen - zoals de drukpatronen die tot hittegolven leiden - dat zet een duim op de weegschaal voor de extreme gebeurtenis."

Diffenbaugh ziet de vraag naar rigoureuze, kwantitatieve gebeurtenisattributie groeit de komende jaren. "Als je kijkt naar de historische gegevens, het lijdt geen twijfel dat de opwarming van de aarde plaatsvindt en dat extremen toenemen in veel delen van de wereld, " zei hij. "Mensen nemen veel beslissingen - op korte en lange termijn - die afhankelijk zijn van het weer, dus het is logisch dat ze willen weten of de opwarming van de aarde recordbrekende gebeurtenissen waarschijnlijker maakt. Als wetenschappers, we willen ervoor zorgen dat ze nauwkeurige, doelstelling, transparante informatie om mee te werken wanneer ze die beslissingen nemen."