De Rode Zee ligt tussen Noord-Afrika en het Arabisch Schiereiland, 's werelds grootste stofbrongebieden. Zomerwinden pompen stof uit de Sahara en Arabische woestijnen door een nauwer wordende door bergen omzoomde doorgang, waardoor het zich ophoopte boven de zuidelijke Rode Zee. Stof dat als aërosoldeeltjes in de atmosfeer zweeft, kan het klimaat beïnvloeden door de balans tussen het zonlicht dat aan het aardoppervlak wordt geabsorbeerd en de warmte-energie die naar de ruimte wordt uitgestraald, te veranderen. Dit staat bekend als stralingsforcering.

"We laten zien dat zomerse omstandigheden boven de Rode Zee 's werelds grootste aerosol stralingsforcering produceren1, en toch is de impact van stof op de Rode Zee nooit bestudeerd - het was gewoon onbekend, " zegt Sergey Osipov, postdoctoraal onderzoeker en co-auteur met zijn promotor Georgiy Stenchikov. Simulaties laten zien dat stof de Rode Zee afkoelt en verfrist, mogelijke bescherming van koraalriffen tegen de schadelijke effecten van de opwarming van de oceaan als gevolg van klimaatverandering.

Een verrassende bevinding heeft betrekking op biologische productiviteit. "Stofafzetting voegt voedingsstoffen toe, " legt Osipov uit. "Echter, we zien dat stralingsforcering door stof de circulatie van de Rode Zee vertraagt ​​en de belangrijkste toevoer van voedingsstoffen naar de Rode Zee via de Straat Bab-el Mandeb vermindert. Het netto-effect op de algehele bioproductiviteit moet nog worden vastgesteld."

Grote vulkaanuitbarstingen, zoals de uitbarsting van Mount Pinatubo in 1991 op de Filippijnen, injecteren grote hoeveelheden zwaveldioxide in de bovenste atmosfeer, waar het wordt omgezet in kleine sulfaat-aerosoldruppels. Deze sulfaataerosolen verspreiden zich over de hele wereld, oefent een sterk stralingsforcerend effect uit.

Osipov en Stenchikov toonden eerder aan dat de uitbarsting van de Pinatubo het regionale klimaat van het Midden-Oosten en de Rode Zee beïnvloedde2. Ze hebben nu de impact ervan vergeleken met die van stof in de lucht1.

"We laten zien dat de effecten van Pinatubo en stof het grootst zijn in de noordelijke en zuidelijke Rode Zee, respectievelijk, met verschillende effecten op oppervlakte- en diepwaterkoeling, ', zegt Osipov.

Computergebruik van wereldklasse

Het Midden-Oosten en Noord-Afrika is een extreem droge regio, die een snelle klimaat- en milieuverandering doormaakt. Het begrijpen van de fysieke processen die ten grondslag liggen aan de sterke natuurlijke klimaatvariabiliteit van de regio is belangrijk voor toekomstige klimaatprojecties, en voor het voorspellen van droogtes en hongersnoden.

"Het klimaat in de regio is zeer complex, waarbij sprake is van langeafstandsverbindingen - televerbindingen - en terugkoppelingen die moeilijk vast te leggen zijn in modellen, ", zegt Stenchikov. "Daarom werken we aan het probleem met behulp van de geavanceerde computerbronnen die worden geleverd door KAUST's Supercomputing Core Laboratory.

Osipov benadrukte dat het onderzoek onmogelijk zou zijn geweest zonder computerbronnen van wereldklasse die door KAUST werden geleverd. Dit geldt ook voor twee andere recente onderzoeken3, 4, waarbij twee andere onderzoekers in de groep betrokken waren.

Promovendus Evgeniya Predybaylo bestudeert de impact van grote vulkaanuitbarstingen op een belangrijke vorm van natuurlijke klimaatvariatie, de El Niño-Southern Oscillation (ENSO). ENSO zorgt voor extreme weers- en klimaatgebeurtenissen en beïnvloedt zelfs orkaan- en tornado-activiteit.

Het voorspellen van ENSO-gebeurtenissen zou mensen helpen zich voor te bereiden op mogelijke ineenstortingen van de visbestanden en landbouwcrises, zegt Predybaylo.ENSO is notoir moeilijk te voorspellen, maar vulkaanuitbarstingen kunnen een rol spelen. interessant, sterke equatoriale vulkaanuitbarstingen vallen vaak samen met een El Niño-gebeurtenis, ENSO's warme fase, maar de relatie is complex en slecht begrepen, ', zegt Predybaylo.

In simulaties3, De reactie van ENSO hangt gedeeltelijk af van de seizoensgebonden timing van de uitbarsting:zomeruitbarstingen veroorzaken sterkere El Niños dan winter- of lenteuitbarstingen.

Oceaancondities die op het moment van de uitbarsting heersten, spelen ook een rol. "Stralingsforcering na grote uitbarstingen resulteert over het algemeen in oppervlaktekoeling, " legt Predybaylo uit. "Echter, de tropische Stille Oceaan vertoont vaak een opwarmingsreactie. We laten zien dat dit te wijten is aan ongelijke afkoeling van de equatoriale oceaan en veranderingen in passaatwinden."

"Een uitbarsting ter grootte van Pinatubo kan de fase gedeeltelijk bepalen, omvang en duur van ENSO, maar het is van cruciaal belang om rekening te houden met het uitbarstingsseizoen en de oceaanomstandigheden net voor de uitbarsting, " besluit ze.

West-Afrika klaar voor een warme verandering

Een ander KAUST-onderzoek naar klimaatmodellering onthult mogelijke veranderingen in de West-Afrikaanse moesson (WAM) als gevolg van de opwarming van de aarde4. Thuisbasis van meer dan 300 miljoen mensen, West-Afrika heeft een op landbouw gebaseerde economie:de voedselzekerheid wordt beïnvloed door WAM, waardoor het belangrijk is om de huidige en toekomstige variabiliteit te begrijpen.

"WAM is een moeilijk te modelleren systeem omdat het een complex samenspel van processen op meerdere schalen omvat, " legt KAUST-doctoraatsstudent uit, Jerry Raj. Om WAM te simuleren onder het huidige en toekomstige klimaat, Raj gebruikte een geavanceerd klimaatmodel dat convectieve regenval kan verklaren, maar ook grootschaliger processen.

Hun simulaties geven aan dat West-Afrika over het algemeen heter zal worden als gevolg van klimaatverandering - de verhoogde gebieden van de Sahel en de westelijke Sahara zullen tegen het einde van de eeuw een temperatuurstijging van 4 graden Celsius of meer ervaren.

De simulaties geven ook een toename van de neerslag aan boven de equatoriale Atlantische Oceaan en de Guinese kust, toch lijkt de zuidelijke Sahel droger. Tegelijkertijd, westelijke Sahara ervaart een matige toename van neerslag. Eindelijk, WAM-begin treedt eerder op in het oostelijke deel van de regio, maar is vertraagd over het westelijke deel.

"Klimaatprojectie is de eerste en de belangrijkste stap in de richting van een aanpassingsbeleid dat gericht is op het vermijden van schadelijke milieu- en sociaaleconomische gevolgen, " zegt Raj.