Onder de wereldwijde klimaatverandering, de klimaatzones van de aarde zullen naar de polen verschuiven. Dit is niet alleen een toekomstvoorspelling; het is een trend die de afgelopen decennia al is waargenomen. de droge, semi-aride gebieden breiden zich uit naar hogere breedtegraden, en gematigd, regenachtige gebieden migreren poleward. In een paper dat onlangs werd gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen , Onderzoekers van het Weizmann Institute of Science bieden nieuw inzicht in dit fenomeen door te ontdekken dat stormen op de middelste breedtegraad in een warmer klimaat verder naar de polen worden gestuurd. Hun analyse, die ook de fysieke mechanismen onthulde die dit fenomeen beheersen, omvatte een unieke benadering die de voortgang van lagedrukweersystemen volgde, zowel van buitenaf - in hun beweging over de hele wereld - als van binnenuit - door de dynamiek van de stormen te analyseren.

Prof. Yohai Kaspi van de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen van het Instituut legt uit dat de klimaatzones van de aarde ruwweg breedtegraden volgen. Stormen verplaatsen zich meestal over de hele wereld in voorkeursregio's die 'stormsporen' worden genoemd, " vormen zich over de oceaan en reizen in het algemeen oostwaarts en enigszins poolwaarts langs deze paden. Dus, een storm die zich vormt in de Atlantische Oceaan voor de oostkust van de VS op een breedtegraad van ongeveer 40N zal Europa bereiken in de regio van 50N breedtegraad. Tot voor kort, echter, deze neiging om in de richting van de dichtstbijzijnde paal te bewegen werd niet echt begrepen. Dr. Talia Tamarin in de groep van Kaspi loste deze fundamentele vraag op in haar promotieonderzoek.

Kaspi:"Van de bestaande klimaatmodellen, men kan de gemiddelde stormsporen waarnemen, maar het is moeilijk om hieruit oorzaak en gevolg te bewijzen. Ze laten ons alleen zien waar relatief meer of minder stormen zijn. Een andere benadering is het volgen van individuele stormen; echter, we moeten omgaan met chaotische, luidruchtige systemen die sterk afhankelijk zijn van de begincondities, wat betekent dat geen enkele storm precies hetzelfde is als een andere. Talia ontwikkelde een methode die deze twee benaderingen combineert. Ze paste een stormvolgalgoritme toe op vereenvoudigde atmosferische circulatiemodellen waarin duizenden stormen worden gegenereerd, waardoor de afhankelijkheid van beginvoorwaarden wordt geëlimineerd. Hierdoor kon ze begrijpen hoe dergelijke stormen zich in tijd en ruimte ontwikkelen, en wat hun beweging bestuurt." Zelfs zulke vereenvoudigde modellen omvatten berekeningen die enkele dagen rekenwerk vergen in een van de krachtige computerclusters van het Weizmann Instituut.

In de huidige studie, om te begrijpen hoe de beweging van stormen kan veranderen in een warmere wereld, Tamarin en Kaspi pasten dezelfde methode toe op volledige complexiteitssimulaties van voorspellingen van klimaatverandering. Hun analyse toonde aan dat de neiging van stormbanen om in de richting van de polen te buigen, toeneemt in warmere omstandigheden. Ze ontdekten dat twee processen verantwoordelijk zijn voor dit fenomeen. Eén is verbonden met de verticale structuur en circulatie nabij de toppen van deze weersystemen. Een bepaald soort stroming die nodig is om te groeien, stuurt de stormen ook naar de pool, en deze stromen zullen naar verwachting sterker worden wanneer de gemiddelde temperatuur stijgt.

Het tweede proces houdt verband met de energie die bij dergelijke stormen vastzit in de waterdamp. Bij de opwarming van de aarde, de warmere lucht zal meer waterdamp bevatten, en dus komt er meer energie vrij wanneer de damp condenseert tot druppels. "Het heetste, natste lucht circuleert langs de oostelijke flank van de storm - naar de noordkant - en geeft daar energie vrij, " zegt Tamarin. "Dit proces duwt de storm naar het noorden (of naar het zuiden op het zuidelijk halfrond), en dit effect zal ook sterker zijn in een warmer klimaat."

De modellen van klimaatverandering voorspellen dat als de gemiddelde temperatuur op aarde de komende 100 jaar met vier graden stijgt, stormen zullen twee graden noorderbreedte afwijken van hun huidige spoor. Uit het onderzoek van het Weizmann Institute of Science blijkt dat dit deels te wijten zal zijn aan het mechanisme dat ze hebben aangetoond, en het andere deel is verbonden met het feit dat stormen op een hogere breedtegraad in een warmere wereld worden geboren. "Het model dat Talia ontwikkelde, geeft ons zowel kwalitatieve informatie over de mechanismen die stormen naar de polen sturen als kwantitatieve middelen om te voorspellen hoe deze in de toekomst zullen veranderen, " zegt Kaspi. "Hoewel twee graden misschien niet veel klinkt, de resulterende afwijking in temperatuur- en regenpatronen zal een significant effect hebben op klimaatzones, " hij voegt toe.