Wetenschappers hebben systematische meanders geïdentificeerd in de rond de aarde cirkelende noordelijke jetstream die gelijktijdige oogstschadelijke hittegolven hebben veroorzaakt in ver van elkaar verwijderde graanschuurgebieden - een voorheen niet-gekwantificeerde bedreiging voor de wereldwijde voedselproductie die, ze zeggen, kan verergeren door de opwarming van de aarde. Het onderzoek toont aan dat bepaalde soorten golven in de atmosferische circulatie kunnen worden versterkt en vervolgens voor langere tijd op hun plaats blijven, het veroorzaken van de gelijktijdige hittegolven. Getroffen delen van Noord-Amerika, Europa en Azië produceren samen een kwart van de wereldvoedselvoorziening. Het onderzoek verschijnt deze week in het tijdschrift Natuur Klimaatverandering .

"We vonden een 20-voudige toename van het risico op gelijktijdige hittegolven in belangrijke gewasproducerende regio's wanneer deze windpatronen op wereldschaal aanwezig zijn, " zei hoofdauteur Kai Kornhuber, een postdoctoraal onderzoeker aan het Earth Institute van Columbia University. "Tot nu, dit was een onderontwikkelde kwetsbaarheid in het voedselsysteem. Tijdens deze evenementen is er eigenlijk een globale structuur in de anders nogal chaotische circulatie. De bel kan in meerdere regio's tegelijk rinkelen."

Kornhuber waarschuwde dat de hittegolven de komende decennia vrijwel zeker erger zullen worden, terwijl de wereld verder opwarmt. De meanders die ze veroorzaken, kunnen mogelijk ook meer uitgesproken worden, al is dit minder zeker. Omdat voedselgrondstoffen steeds meer op wereldschaal worden verhandeld, beide effecten kunnen leiden tot voedseltekorten, zelfs in regio's die ver verwijderd zijn van die welke direct door hittegolven worden getroffen.

De jetstream is een snel bewegende luchtstroom die continu van west naar oost om het noordelijk halfrond cirkelt. Het beperkt zich over het algemeen tot een relatief smalle band, maar kan naar het noorden of het zuiden slingeren, vanwege een functie die wetenschappers Rossby-golven noemen. Onder andere effecten, deze atmosferische schommelingen kunnen ijskoude luchtmassa's uit de poolgebieden trekken, of hete uit de subtropen, naar de dichtbevolkte middelgebergten. De wiebels hebben een sterke invloed op het dagelijkse weer. Als ze bijzonder groot worden, ze kunnen langdurige hittegolven veroorzaken, droogte of overstromingen in de zomer; of in koudere seizoenen, abnormale koude periodes.

Omdat de atmosferische circulatie van de aarde zo groot en ingewikkeld is, pas de laatste jaren hebben wetenschappers globale patronen in de Rossby-golven kunnen ontdekken. De nieuwe studie bouwt voort op eerdere ontdekkingen van dergelijke patronen, en koppelt ze aan meetbare verliezen in de gewasproductie.

Door grote hoeveelheden klimaatgegevens van 1979 tot 2018 te kammen, Kornhuber en collega's richtten zich op twee Rossby-golven met specifieke golflengten, golf-5 en golf-7 genoemd; dat is, noord-zuid wiebelt in de straalstroom die ofwel 5 of 7 pieken en overeenkomstige dalen rond de omtrek van de planeet produceert. Ze ontdekten dat hoewel golven van lagere of hogere lengte willekeurig lijken te wiebelen, wave-5- en wave-7-patronen kunnen in een raster van symmetrische, vaak veel grotere meanders gecentreerd over voorspelbare regio's. De golf-5-patronen hebben de neiging om boven centraal Noord-Amerika te zweven, Oost-Europa en Oost-Azië; de golf-7-patronen boven west-centraal Noord-Amerika, West-Europa en West-Azië. In beide gevallen, de resultaten zijn hetzelfde:hete lucht wervelt omhoog vanuit het zuiden naar de toppen, abnormale temperatuurpieken produceren die weken kunnen aanhouden. Dit zorgt op zijn beurt voor minder regen, droogt de bodem en de vegetatie op, en doodt gewassen in elke regio.

"Normaal gesproken, lage oogsten in de ene regio zullen naar verwachting worden gecompenseerd door goede oogsten elders, " zei studie co-auteur Dim Coumou van het Instituut voor Milieustudies aan de Vrije Universiteit Amsterdam, die al jaren Rossby-golven bestudeert. "Deze golven kunnen leiden tot verminderde oogsten in verschillende belangrijke graanschuren tegelijk, het creëren van risico's voor de wereldwijde voedselproductie."

De wetenschappers toonden aan dat in jaren waarin deze versterkte golven gedurende twee of meer zomerweken plaatsvonden, graanproductie daalde met 4 procent gemiddeld over alle getroffen regio's, en maar liefst 11 procent in een enkele getroffen regio. Vaak volgden pieken in de voedselprijzen. De golven sloegen in 1983, 2003, 2006, 2012 en 2018, toen er in de Verenigde Staten veel temperatuurrecords vielen, Canada, Scandinavië en Siberië. Naast het doden van gewassen, de golven hebben duizenden mensen gedood, vooral in Europa en Rusland, waar airconditioning veel minder vaak voorkomt dan in Noord-Amerika.

Hoewel het onderzoek zich voornamelijk richt op hete perioden in de noordelijke toppen van de Rossby-golven, het suggereert ook dat tegengestelde uitersten kunnen optreden in de zuidelijke troggen. Een voorstudie door Kornhuber en anderen eerder dit jaar merkte op dat tijdens de noordelijke hittegolven van 2018, meer zuidelijke regio's, waaronder de Balkan en Japan, zagen buitengewone regenval en verwoesting door overstromingen en aardverschuivingen. Tijdens een noordelijke hitte-uitbraak in 2010 in Rusland, gelijktijdige overstromingen op de Indus-rivier in Pakistan hebben miljoenen verdreven en gewassen vernietigd.

Veel wetenschappers geloven dat Rossby-golven vaker zullen groeien en tot stilstand zullen komen naarmate de planeet warmer wordt. Kornhuber zei dat dit scenario redelijk plausibel is - bijna alle wereldwijde gebeurtenissen hebben plaatsgevonden sinds 2000 - maar dat zegt dat er nog niet genoeg gegevens zijn om hierover een consensus te vormen. Achteloos, hij zei, "zelfs als de frequentie of de grootte van de [Rossby] golven niet verandert, de hitte-extremen die verband houden met de patronen zullen ernstiger worden, omdat de atmosfeer als geheel aan het opwarmen is."

Studie co-auteur Radley Horton, een klimatoloog bij het Lamont-Doherty Earth Observatory in Columbia, een onderdeel van het Earth Institute, zei, "Als klimaatmodellen deze golfpatronen niet kunnen reproduceren, risicomanagers zoals herverzekeraars en voedselzekerheidsexperts kunnen een blinde vlek tegenkomen bij het beoordelen hoe gelijktijdige hittegolven en hun impact kunnen veranderen in een opwarmend klimaat."

Theodorus Herder, een professor in klimaatwetenschap aan de Universiteit van Reading in het Verenigd Koninkrijk die niet betrokken was bij het onderzoek, zei, "We hebben sterk observationeel bewijs van dit golfpatroon. Wat open staat voor discussie is hoe het zou kunnen reageren op klimaatverandering." Hij merkte op dat veel wetenschappelijke consensusverklaringen, waaronder die van het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering, bleken onderschattingen te zijn van hoe snel en ver de effecten van de opwarming van de aarde zouden kunnen gaan.