Een team van wetenschappers heeft met succes de invloed van door de mens veroorzaakte klimaatverandering op de neerslag in de winter gedurende een groot deel van de vorige eeuw geplaagd, waaruit blijkt dat het opwarmende klimaat de regenval en sneeuwval in de winter op het noordelijk halfrond aanzienlijk verandert.

De studie, geleid door wetenschappers van het National Center for Atmospheric Research (NCAR), gebruikte een innovatieve benadering die berustte op waarnemingen van neerslag en grootschalige atmosferische circulatiepatronen, samen met statistische technieken en computerklimaatsimulaties. Dit stelde het onderzoeksteam in staat om de hoeveelheid gemiddelde maandelijkse neerslag in specifieke regio's van Noord-Amerika en Eurazië te identificeren die viel als gevolg van menselijke invloeden op het klimaat, in plaats van natuurlijke variabiliteit.

"Ik dacht dat dit nogal onthullend was, " zei NCAR senior wetenschapper Clara Deser, een co-auteur van de studie. "Ons onderzoek toont aan dat door de mens veroorzaakte klimaatverandering de neerslag in de afgelopen 100 jaar duidelijk heeft beïnvloed."

De resultaten tonen aan dat de opwarming van de aarde in verband met de menselijke uitstoot van broeikasgassen sinds 1920 een merkbare toename van de winterse neerslag heeft veroorzaakt in wijdverbreide regio's van Noord-Eurazië en Oost-Noord-Amerika.

Het werk kan de weg wijzen naar meer gedetailleerde studies naar de invloed van klimaatverandering op neerslagveranderingen het hele jaar door. De neerslag wereldwijd zal naar verwachting met gemiddeld 1-2% per extra graad Celsius toenemen, omdat een warmere atmosfeer meer waterdamp vasthoudt. Maar lokale veranderingen kunnen zeer variabel zijn, waarbij sommige regio's droger worden en andere veel natter.

De studie, door wetenschappers van NCAR, Lanzhou-universiteit in China, en de Universiteit van Toulouse in Frankrijk, werd gepubliceerd in het tijdschrift AGU Geofysische onderzoeksbrieven . Het werd gedeeltelijk gefinancierd door de National Science Foundation, dat is de sponsor van NCAR.

De invloed van natuurlijke variabiliteit aftrekken

Wetenschappers hebben jarenlang attributiestudies uitgevoerd om te bepalen in hoeverre veranderingen in weerpatronen kunnen worden toegeschreven aan menselijke invloed op het klimaat. Met behulp van computermodellen en observaties, nationale en internationale teams van onderzoekers hebben herhaaldelijk aangetoond dat de opwarming van de aarde sinds de jaren vijftig grotendeels te wijten is aan de maatschappelijke uitstoot van koolstofdioxide en andere broeikasgassen die warmte vasthouden.

Maar het bepalen van de rol van broeikasgassen in eeuwenlange neerslagtrends over continenten is een grote uitdaging, omdat neerslag wordt beïnvloed door plaatselijke en variabele weersomstandigheden, waardoor het moeilijk is om de veranderingen op lange termijn te onderscheiden te midden van het lawaai van dagelijkse en jaarlijkse veranderingen in het weer. Wetenschappers hebben eerder vertrouwd op grote aantallen klimaatmodelsimulaties om te proberen het signaal van langetermijnneerslagtrends te detecteren.

In de nieuwe studie de onderzoekers gebruikten observaties, in plaats van klimaatmodellen, om de invloed van een veranderend klimaat op neerslag te bepalen. Ze brachten de vraag in wezen terug tot een aftrekprobleem:als je de hoeveelheid neerslag weghaalt die wordt veroorzaakt door natuurlijke variabiliteit, dan kan het verschil tussen dat en wat er werkelijk viel waarschijnlijk worden toegeschreven aan de impact van de samenleving op het klimaat.

De wetenschappers wendden zich tot een innovatieve benadering die bekend staat als dynamische aanpassing. Dit bestond uit het toepassen van statistische technieken op waarnemingen van grootschalige circulatiepatronen in de atmosfeer voor elke wintermaand van 1920 tot 2015. Deze circulatiepatronen, zoals de locatie van hoge- en lagedruksystemen boven Noord-Amerika en Eurazië, optreden onafhankelijk van de ophoping van broeikasgassen die warmte vasthouden.

Door alle circulatiepatronen bij elkaar op te tellen, de onderzoekers konden de typische hoeveelheid neerslag schatten die zou vallen wanneer een bepaald circulatiepatroon optreedt. Het team vergeleek de resultaten vervolgens met metingen van de neerslag die daadwerkelijk viel. Het verschil tussen de twee - de hoeveelheid neerslag die zou worden geassocieerd met de grootschalige circulatiepatronen onder natuurlijke omstandigheden en de feitelijke neerslagtrends - onthulde de invloed van klimaatverandering.

De resultaten toonden aan dat het opwarmende klimaat heeft geleid tot meer neerslag in de winter in het noordoosten van Noord-Amerika, evenals een kleine regio in het noordwesten van Noord-Amerika. Klimaatverandering heeft ook bijgedragen aan een toename van de neerslag in een groot deel van het noordwesten en het noorden van centraal Eurazië.

In tegenstelling tot, de studie gaf aan dat klimaatverandering een uitdrogende invloed kan hebben gehad op delen van centraal en zuidwestelijk Noord-Amerika - hoewel niet genoeg om de natuurlijke variabiliteit te compenseren - en op een groot deel van Zuid-Eurazië. Echter, de auteurs waarschuwden dat de resultaten voor die regio's minder uitgesproken waren en niet statistisch significant.

Deser en haar collega's concentreerden zich op de winter omdat neerslag in die tijd van het jaar wordt aangedreven door brede atmosferische patronen die gemakkelijker te zien zijn in de gegevens dan gelokaliseerde omstandigheden die de zomerneerslag beïnvloeden, zoals bodemvocht en individuele onweersbuien. Ze concentreerden zich op het noordelijk halfrond omdat het veel meer neerslagmetingen bevat dan het zuidelijk halfrond.

De resultaten kwamen goed overeen met simulaties van klimaatmodellen van door de mens veroorzaakte veranderingen in neerslag, het verstrekken van een onafhankelijke verificatie van de modellen.

"Wetenschappers wendden zich eerder tot klimaatmodellen voor antwoorden. Hier, de klimaatmodellen komen pas aan het einde binnen om te bevestigen wat we onafhankelijk van waarnemingen hebben geplaagd, " zei NCAR-wetenschapper Flavio Lehner, een co-auteur van de studie. "Ik denk dat dit de belangrijkste wetenschappelijke doorbraak van dit werk is."

Lehner en Deser gebruikten dezelfde techniek in een aparte studie, gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven vorig jaar, om aan te tonen dat het recente drogen in het zuidwesten van de VS grotendeels te wijten is aan natuurlijke variabiliteit.

Ondersteunend bewijs uit internationale studies

De nieuwe studie was gebaseerd op gedetailleerde, internationale datasets van historische neerslagmetingen en atmosferische circulatiepatronen. Het maakte ook gebruik van twee datasets van wereldwijde klimaatsimulaties. Een, bekend als het Groot Ensemble, gebruikte het op NCAR gebaseerde Community Earth System Model (CESM) om 40 simulaties van het wereldwijde klimaat te maken vanaf 1920, elk met enigszins verschillende startomstandigheden. De andere bestond uit simulaties van 37 toonaangevende klimaatmodellen, inclusief de CESM, die werden gebruikt voor een internationaal klimaatonderzoeksproject dat bekend staat als het Coupled Model Intercomparison Project 5 (CMIP5).

De bevindingen ondersteunen internationale studies die krachtige klimaatmodellen hebben gebruikt om de invloed van broeikasgassen te onderscheiden. Bijvoorbeeld, het CMIP5-project toonde een vergelijkbaar patroon van neerslagtrends als gevolg van klimaatverandering. Dat onderzoek steunde volledig op computersimulaties, en de resultaten waren minder gedetailleerd dan de nieuwe studie.

"Toen we zagen hoe goed onze aanpak was, die volledig gebaseerd is op waarnemingsgegevens, overeengekomen met de klimaatmodellen, we waren verrast omdat dit twee onafhankelijke manieren zijn om naar klimaatverandering te kijken, " Zei Deser. "De mate van overeenstemming met zowel de amplitude als de ruimtelijke patronen van neerslagverandering was echt indrukwekkend."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan AGU Blogs (http://blogs.agu.org), een gemeenschap van blogs over aarde en ruimtewetenschap, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.