State-of-the-art klimaatmodellen voorspellen dat als gevolg van door de mens veroorzaakte klimaatverandering, het oppervlak van de Stille Oceaan zou moeten opwarmen - sommige delen meer, wat minder, maar toch allemaal opwarmen. Inderdaad, de meeste regio's handelen zoals verwacht, met één belangrijke uitzondering:wat wetenschappers de equatoriale koude tong noemen. Dit is een strook relatief koel water die zich uitstrekt langs de evenaar van Peru naar de westelijke Stille Oceaan, over een kwart van de omtrek van de aarde. Het wordt geproduceerd door equatoriale passaatwinden die van oost naar west waaien, warm oppervlaktewater ophopen in de westelijke Stille Oceaan, en ook oppervlaktewater wegduwen van de evenaar zelf. Dit maakt plaats voor koudere wateren die uit de diepte opwellen, het creëren van de koude tong.

Klimaatmodellen van de opwarming van de aarde - geautomatiseerde simulaties van wat verschillende delen van de aarde naar verwachting zullen doen als reactie op de stijgende broeikasgassen - zeggen dat de equatoriale koude tong, samen met andere regio's, decennia geleden had moeten opwarmen, en zou nu nog moeten opwarmen. Maar de koude tong is hardnekkig koud gebleven.

Dit verontrust veel wetenschappers, omdat de koude tong een sleutelrol speelt in het mondiale klimaat. Bijvoorbeeld, het beïnvloedt de El Niño-Zuidelijke Oscillatie, een natuurlijke cyclische versterking en verzwakking van de passaatwinden die elke twee tot zeven jaar afkoeling en opwarming van het oppervlak van de oostelijke Stille Oceaan veroorzaakt. ENSO is 's werelds grootste weermaker; afhankelijk van in welk deel van de cyclus het zich bevindt, zijn echo's in de atmosfeer kunnen zware regenval of droogte veroorzaken in een groot deel van Amerika, Oost-Azië en Oost-Afrika. Of de koude tong opwarmt, zal waarschijnlijk van invloed zijn op het weer in grote regio's. De resulterende verschuivingen kunnen de wereldvoedselvoorziening en het uitbreken van gevaarlijk weer beïnvloeden. Maar onze voorspellingen van die verschuivingen berusten op klimaatmodellen.

Richard Zeeger, een klimaatwetenschapper aan de Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University, vermoedt al lang dat klimaatmodellen het bij het verkeerde eind hebben. In 1997, hij en collega's publiceerden een paper waarin werd gesuggereerd dat het in de 20e eeuw helemaal niet was opgewarmd. Destijds, de meeste wetenschappers gingen ervan uit dat elke discrepantie tussen de temperaturen in de echte wereld en die voorspeld door klimaatmodellen te wijten waren aan natuurlijke variabiliteit. We moeten gewoon wachten; uiteindelijk zou het signaal van koude tongverwarming naar voren komen. Nutsvoorzieningen, twee decennia later, met modernere satellietgegevens in de hand, waarnemingen in de echte wereld wijken steeds duidelijker af van de modellen. Het is tijd om te heroverwegen, zegt Seager.

In een nieuw artikel in het tijdschrift Natuur Klimaatverandering , hij en collega's gebruiken vereenvoudigde modellen die de fundamentele dynamiek van het tropische Pacifische atmosfeer-oceaansysteem isoleren. Deze, ze zeggen, in overeenstemming zijn met het werkelijke gedrag van de koude tong - en laten zien dat het consistent is met de stijgende broeikasgassen.

We spraken onlangs met Seager over klimaatmodellen, de ingewikkelde werking van het klimaatsysteem in de Stille Oceaan, en de bredere implicaties voor de wereld.

In het algemeen, hoe goed komen klimaatmodellen overeen met waarnemingen in de echte wereld?

De mismatch tussen de waargenomen veranderingen in de temperatuur van de koude tong in de afgelopen decennia en de modellen is behoorlijk opvallend. Er zijn tientallen simulaties met meerdere modellen van onderzoeksgroepen over de hele wereld. Hoewel deze modellen allemaal worden gedwongen door dezelfde geschiedenis van broeikasgassen, vulkanen, zonnestraling en andere krachten, ze genereren hun eigen interne variabiliteit. Daarom creëren ze een reeks schattingen van de klimaatgeschiedenis. Voor veranderingen in de temperatuur van de koude tong, de waargenomen veranderingen zijn aan het koude einde of buiten het modelbereik. Het gemiddelde of mediane model zegt dat de koude tong de afgelopen zes decennia met 0,8 graden Celsius of meer zou moeten zijn opgewarmd, maar de echte waarde is slechts 0,4 graden of minder.

Waarom zijn de state-of-the-art klimaatmodellen niet in lijn met wat we zien?

We zullen, ze zijn al tientallen jaren uit de pas. Dit is geen nieuw probleem. In deze krant, we denken dat we er eindelijk achter zijn waarom. Door meerdere modelgeneraties, klimaatmodellen hebben koude tongen gesimuleerd die te koud zijn en die zich te ver naar het westen uitstrekken. Er is ook onecht warm water direct ten zuiden van de koude tongen van het model, in plaats van koele wateren die zich helemaal uitstrekken tot de koude opwellende kustgebieden ten westen van Peru en Chili. Deze overontwikkelde koude tongen in de modellen leiden tot equatoriale omgevingen met een te hoge relatieve vochtigheid en te lage windsnelheden. Deze maken de temperatuur van het zeeoppervlak erg gevoelig voor stijgende broeikasgassen. Vandaar dat het model koude tongen de afgelopen decennia veel heeft opgewarmd. In de echte wereld, de gevoeligheid is lager en, in feite, een deel van de warmte die wordt toegevoegd door stijgende broeikasgassen wordt gecompenseerd door het opwellen van koel water van onderaf. Dus de echte koude tong warmt minder op dan de wateren boven de tropische westelijke Stille Oceaan of voor de evenaar in het noorden en zuiden. Dit patroon van temperatuurverandering van het zeeoppervlak zorgt er vervolgens voor dat de passaatwinden sterker worden, die het koude ondergrondse water omhoog tilt, de koude tong verder afkoelen.

Wat doen uw modellen dat de meer algemeen gebruikte modellen niet doen?

Onze modellen dateren eigenlijk uit het begin van de jaren 80, toen mensen voor het eerst modellen probeerden te gebruiken om fenomenen zoals de El Niño-Zuidelijke Oscillatie te verklaren. Het was toen gebruikelijk om het probleem eenvoudiger te maken door binnen het model de klimatologische gemiddelde toestand aan te nemen en eenvoudig verstoringen daaruit te simuleren. Die aanpak hebben we gebruikt. Door het zo te doen, konden we binnen ons ene eenvoudige model aantonen dat, als we uitgaan van de echte klimatologische toestand, het antwoord op de stijgende broeikasgassen warmt overal op, maar niet in de koude tong. In tegenstelling tot, als we uitgaan van de vertekende klimatologische toestand in de complexe state-of-the-art modellen, de reactie op de stijgende broeikasgassen heeft de opwarming in de koude tong versterkt. Daarom stelt deze trip down modeling memory lane ons in staat om te diagnosticeren wat er mis is met de complexe modellen die momenteel worden gebruikt voor klimaatprojecties en effectbeoordelingen.

Als je ideeën kloppen, hoe kunnen projecties van het toekomstige gedrag van ENSO veranderen?

Kort antwoord, wij weten het niet. Een ding tegelijk! Echter, we weten wel dat ENSO-gedrag afhangt van de gemiddelde toestand waaromheen het de dingen verstoort. Als we gelijk hebben dat de tropische Stille Oceaan zich verplaatst naar een staat waar de wateren overal opwarmen, maar niet in de koude tong, en koude ondergrondse wateren worden dichter naar de oppervlakte getild, dan zal ENSO vrijwel zeker in amplitude veranderen, frequentie en andere manieren. We moeten erachter komen.

Wat zijn de gevolgen voor mensen?

Het zijn er veel. De temperatuur van het zeeoppervlak van de equatoriale Stille Oceaan beïnvloedt het klimaat en de variabiliteit ervan wereldwijd. Over het algemeen, opwarming van de atmosfeer verhoogt de hoeveelheid vocht die de lucht kan vasthouden, en intensiveert het vochttransport. Dit heeft de neiging om subtropische droge zones droger te maken en tropische en natte zones op middelhoge breedtegraden natter. Maar naast die veranderingen zullen er ook regionale veranderingen zijn. Als de koude tong opwarmt zoals de complexe modellen zeggen dat het zou moeten, analoog aan een El Niño-evenement, het zal in sommige regio's een natte neiging veroorzaken, om subtropische droging in het zuidwesten van Noord-Amerika en Zuid-Amerika te compenseren. Het zal ook een bevochtigende tendens creëren in Oost-Afrika, maar een uitdrogende tendens in equatoriaal Zuid-Amerika en de Sahel. Indien, in plaats daarvan, we hebben gelijk en de koude tong zal niet zo warm worden, dan drogen in het zuidwesten van Noord-Amerika, subtropisch Zuid-Amerika en Oost-Afrika kunnen ernstiger zijn dan het complexe modellenproject. Tegelijkertijd, equatoriaal Zuid-Amerika en de Sahel kunnen natter worden. Bij het ontwikkelen van klimaateffectbeoordelingen, scenario's mogen niet beperkt blijven tot de complexe modellen. Ze moeten ook rekening houden met het geval waarin de koude tong niet warm blijft. De implicatie voor modelbouwers is dat ze moeten uitzoeken waarom hun modellen vooroordelen hebben, en repareer ze.