Sinds de komst van de industriële revolutie in het begin van de 19e eeuw, Volgens wetenschappers is de toename van de uitstoot van broeikasgassen gestaag de oorzaak geweest van de stijging van de wereldgemiddelde oppervlaktetemperatuur, bekend als de opwarming van de aarde. Dit fenomeen zal naar verwachting gevolgen hebben voor de mens door de stijging van de zeespiegel en frequente hittegolven, onder andere nadelige effecten. De hoge complexiteit van het klimaatsysteem, echter, heeft het voor wetenschappers moeilijk gemaakt om de omvang van de opwarming van de aarde in de toekomst en de ernst van de gevolgen ervan nauwkeurig te voorspellen. De belangrijkste van de problemen is dat de complexe interacties tussen de vele componenten van het klimaatsysteem de opwarming die wordt veroorzaakt door de toename van broeikasgassen versterken of onderdrukken, en het ontrafelen van deze verbanden en hun belang voor de opwarming van de aarde is moeilijk. Een nieuwe studie, co-auteur van Xiaoming Hu, Ming Cai, Song Yang, en Sergio Sejas gepubliceerd in Wetenschap China Aardwetenschappen biedt nieuwe inzichten in hoe deze interacties de opwarming van de aarde versterken.

"Proces van positieve klimaatfeedback, zoals toename van waterdamp in de atmosfeer en smelten van ijs/sneeuw op het oppervlak, zijn verantwoordelijk voor de versterkte opwarming, " zei Xiaoming Hu Ph.D., een associate research scientist aan de School of Atmospheric Sciences, Sun Yat-sen-universiteit, in Kanton, China en de hoofdauteur van het artikel. "Echter, de veranderingen in de luchttemperatuur zijn traditioneel gecategoriseerd als een negatief klimaatfeedbackproces, aangezien warmere lucht de thermische straling die naar de ruimte gaat, verhoogt. De recente ontwikkeling van op het oppervlak gebaseerde analysetools voor klimaatfeedback biedt een frisse nieuwe kijk op de rol van luchttemperatuur bij het reguleren van de reactie van de oppervlaktetemperatuur op klimaatforcering."

Wetenschappers weten al lang dat de atmosfeer transparant is voor zichtbaar licht, waardoor het oppervlak de meeste zonne-energie kan absorberen die beschikbaar is voor het systeem aarde-atmosfeer; anderzijds, echter, het absorbeert het grootste deel van de thermische energie die door het oppervlak wordt uitgestraald dankzij zijn "broeikas"-gascomponenten, inclusief waterdamp, kooldioxide, wolken, en methaan die de atmosfeer verwarmen. In ruil, de atmosfeer zendt thermische energie terug naar het oppervlak, het leveren van extra energie aan het oppervlak, zijn warmte behouden. Dit is het broeikaseffect. De auteurs van deze studie laten zien dat een dergelijke thermische stralingskoppeling tussen de atmosfeer en het oppervlak, die ze de lucht "temperatuurfeedback, " werkt om de opwarming van het oppervlak te versterken als reactie op een externe kracht, op dezelfde manier als het de tijdsgemiddelde oppervlaktetemperatuur ongeveer 30 °C warmer houdt dan die bepaald door simpelweg de zonne-energie-invoer naar het oppervlak alleen te berekenen.

In dit onderzoek, de auteurs hebben de luchttemperatuurfeedback-kernel naar voren gebracht om het vermogen van de temperatuurfeedback bij het versterken van de opwarming van het oppervlak te meten. Ze gebruikten waarnemingen van de ERA-Interim-heranalyse om het ruimtelijke patroon van de luchttemperatuurfeedback-kernel te onthullen en de sterkte van de luchttemperatuurfeedback te relateren aan de klimatologische ruimtelijke verdelingen van de luchttemperatuur, waterdamp en wolkeninhoud. "Zo'n sterke afhankelijkheid van het vermogen van de temperatuurfeedback bij het versterken van de oppervlakteopwarming van de klimatologische gemiddelde toestand is misschien een van de hoofdoorzaken voor een groot aantal projecties van de opwarming van de aarde onder dezelfde antropogene forcering door verschillende klimaatmodellen, aangezien deze modellen vaak de neiging hebben om hebben hun eigen klimatologische gemiddelde toestanden, " zei Xiaoming Hu.

De onderzoekers onthullen ook dat een toename van koolstofdioxide en waterdamp in de atmosfeer voornamelijk het oppervlak opwarmen via de feedback van de luchttemperatuur. Ze ontdekken dat feedback van de luchttemperatuur de opwarming versterkt vanwege het directe stralingseffect dat wordt veroorzaakt door de toename van koolstofdioxide in de atmosfeer met een factor 3-4. Het versterkt ook de opwarming van het oppervlak als gevolg van de toename van luchtvochtigheid in de periode 1984-1995 tot 2002-2013. Het belangrijkste is, ze vinden dat de thermische stralingskoppeling tussen de atmosfeer en het oppervlak het signaal van oceanische warmteopname versterkt, toevoeging van 2,5 W/m2 aan het oppervlak bovenop 1,75 W/m2 door een vermindering van de oceanische warmteopname tussen deze twee perioden.

De auteurs stellen verder dat een implicatie van het onderzoek is dat de versterking van de opwarmingssignalen van deze processen door de temperatuurfeedback aangeeft dat opwarmingsonzekerheden gerelateerd aan de onzekerheid van deze processen ook kunnen worden versterkt. "Bijvoorbeeld, de onzekerheid in de toename van waterdamp impliceert onzekerheid in het opwarmingssignaal, en deze onzekerheid wordt vervolgens versterkt door de temperatuurfeedback. De onzekerheid over de opwarming van de aarde in projecties en waarnemingen van klimaatmodellen is dus waarschijnlijk gekoppeld aan de temperatuurfeedback. Het verminderen van de onzekerheid over de opwarming van de aarde is een meer onlosmakelijke taak, " zei Sergio Sejas, een van de vier auteurs van dit onderzoek.

Algemeen, deze op observaties gebaseerde studie bevestigt de bevindingen van een recente analyse op basis van klimaatmodellen die aantoont dat "de temperatuurfeedback verantwoordelijk is voor het grootste deel van de opwarming van het aardoppervlak, goed voor bijna 76 procent van de gemiddelde opwarming van het aardoppervlak."