Wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy en een tiental andere internationale onderzoeksinstellingen hebben de meest uitgebreide reeks projecties tot nu toe geproduceerd die mogelijke toekomsten voor grote moessonregio's illustreren.

Meerdere regio's over de hele wereld plannen energieproductie, landbouwpraktijken en andere essentiële economische inspanningen gebaseerd op de jaarlijkse komst van moessons, wat een seizoensverschuiving met zich meebrengt in de richting van de wind die zorgt voor perioden van constante regenval. Echter, ongecontroleerde uitstoot van broeikasgassen zou deze traditioneel voorspelbare gebeurtenissen kunnen verstoren.

Met RegCM4, de nieuwste versie van een populair regionaal klimaatmodel ontwikkeld door het International Centre for Theoretical Physics in Italië, het team voerde een reeks simulaties uit om veranderingen in negen moessonregio's op vijf continenten te projecteren en te evalueren. De onderzoekers ontwierpen de simulaties met een strak raster van elke regio met een afstand van minder dan 16 mijl, die een aanzienlijk detailniveau opleverde.

Het team, onderdeel van een wereldwijde inspanning genaamd het Coordinated Regional Downscaling Experiment, of CORDEX, publiceerde zijn bevindingen in Klimaatdynamiek .

"Dit is de eerste keer dat een regionaal klimaatmodel is gebruikt om een ​​globaal beeld te geven van veranderingen in moessons, " zei hoofdauteur Moetasim Ashfaq, een klimaat computerwetenschapper bij ORNL. "Het kostte veel tijd en moeite om zulke spraakmakende, hoge resolutie gegevens, en deze gedetailleerde simulaties zouden niet mogelijk zijn geweest zonder een significante internationale samenwerking."

ORNL-onderzoekers simuleerden de Zuid-Aziatische moessonregio met behulp van bronnen van de Compute and Data Environment for Science van het laboratorium en het rekencluster Eos, en de rest van de simulaties werden uitgevoerd in verschillende andere rekencentra. Het team ontdekte overeenkomsten in regionale moessonreacties op de toename van de uitstoot van broeikasgassen. Deze reacties omvatten vertragingen bij het begin van de moesson, kortere moessonseizoenen en intensere seizoensfluctuaties.

De simulaties voorspelden en vergeleken veranderingen die zouden optreden in verschillende scenario's van het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering, of IPCC, bekend als Representation Concentration Pathway, of RCP8.5 en RCP2.6.

RCP8.5 gaat ervan uit dat koolstofemissies een "business as usual" -scenario volgen zonder beleidsinterventies, overwegende dat RCP2.6 is gebaseerd op veel lagere emissiestijgingen met een agressief mitigatiebeleid. Hoewel de moessonpatronen waarschijnlijk zullen veranderen voor beide RCP's, uit de simulaties bleek dat de hoeveelheid verandering waarschijnlijk minimaal zou zijn onder RCP2.6, maar significant zou kunnen zijn onder RCP8.5.

"Als de emissies worden verminderd op basis van RCP2.6 tot het jaar 2100, de simulaties laten zien dat de lange, schadelijke verschuivingen in moessongedrag kunnen grotendeels worden vermeden, Ashfaq zei. "Als je kijkt naar het beste scenario, we zien nog steeds veranderingen, maar ze zijn onbeduidend anders dan de typische jaarlijkse variatie in regionale moessons waar gemeenschappen al aan gewend zijn."

Seizoenen van verandering

Zeven van de negen moessonregio's vertoonden een geleidelijke vertraging in het begin van de moesson met een continue toename van de wereldwijde emissies, die tegen het einde van deze eeuw verstrekkende gevolgen kunnen hebben die ongeveer tweederde van de wereldbevolking rechtstreeks raken. In tegenstelling tot de gebieden waar in alle seizoenen relatief gelijkmatige hoeveelheden neerslag vallen, dichtbevolkte moessonregio's ontvangen 60% tot 70% van hun neerslag tijdens het zomermoessonseizoen.

"De RCP8.5-simulaties onthullen forse vertragingen bij het begin van regenseizoenen die door vele aspecten van het dagelijks leven in deze regio's rimpelen, " zei Ashfaq. "Bijvoorbeeld, een moesson die gewoonlijk in de eerste week van juni in Zuid-Azië en West-Afrika begint, kan tegen het einde van de 21e eeuw 15 (dagen) tot 20 dagen of zelfs een hele maand worden uitgesteld in delen van deze regio's."

Hoewel de simulaties ook een vertraging lieten zien aan het einde van het regenseizoen, ook wel bekend als moesson ondergang, deze verschuiving was lang niet zo dramatisch als de vertraging bij het begin van de moesson, verkorting van de lengte van het hele moessonseizoen. De onderzoekers ontdekten ook dat getroffen moessongebieden in die periode waarschijnlijk meer neerslag zullen zien, wat leidt tot meer intense regens. Omgekeerd, de rest van het jaar zouden langere droge perioden te zien zijn.

Deze toegenomen seizoensgebondenheid zou de prevalentie van overstromingen kunnen verergeren, droogte, bosbranden en andere extreme klimaatgebeurtenissen die deze regio's nu al voor uitdagingen stellen. Aanzienlijke veranderingen in het gedrag van de moesson kunnen bijdragen aan uitbraken van door vectoren overgedragen ziekten, zoals cholera, dengue en malaria.

Aangezien agrarische activiteiten in moessongebieden doorgaans zo worden getimed dat ze samenvallen met het periodieke begin en einde van het regenseizoen, deze factoren kunnen de productie van regenafhankelijke gewasopbrengsten veranderen.

"Meer dan de helft van 's werelds arabica-koffievoorraad wordt geproduceerd in Brazilië, en meer dan 70% van de cacao die wordt gebruikt om chocolade te maken, komt uit West-Afrika, overwegende dat meer dan een derde van de rijstexport afkomstig is uit India en Pakistan, Ashfaq zei. "Als de regionale landbouw wordt blootgesteld aan vertragingen bij het begin van de moesson en kortere regenseizoenen, productie van dit soort grondstoffen zal worden verminderd en een aanzienlijke impact hebben op de wereldeconomie."

Veel landen in deze regio's zijn afhankelijk van waterkracht om elektriciteit op te wekken, inclusief Brazilië, die via deze methode 75% van zijn energie produceert. Kortere moessonseizoenen zouden niet voldoende regen op het juiste moment bieden om voldoende stroom te leveren zonder de huidige operaties te herzien.

Een delicaat evenwicht

Naast het identificeren van mogelijke moessonveranderingen en hun implicaties, het team onderzocht ook de grondoorzaken die verantwoordelijk zijn voor deze verschuivingen.

Bij afwezigheid van georganiseerde weersystemen en een aanhoudende vochtvoorziening, het relatief droge pre-moessonseizoen ontvangt slechts intermitterende en convectieve regenval, die thermisch wordt aangedreven. Landen in deze regio's worden elk jaar warmer tijdens de pre-moessonperiode, algemeen bereiken oppervlaktetemperaturen van 120 graden Fahrenheit. De combinatie van convectieve neerslag die de bovenste atmosfeer opwarmt en hete oppervlaktecondities die de lagere atmosfeer opwarmt, veroorzaakt verschillen tussen warme lucht boven het land en de oceaan die het droge seizoen dwingen plaats te maken voor moessonregens.

Echter, de simulaties onthulden dat een voortdurende toename van de wereldwijde emissies de pre-moessonomgeving minder bevorderlijk zal maken voor convectieve neerslag, wat de opwarming van de bovenste atmosfeer en de overgang van het droge naar het regenseizoen zal vertragen. Een belangrijke factor die volgens de onderzoekers de convectieve regenval tijdens de pre-moessonperiode zal verminderen, is de vorming van een diepere en minder verzadigde grenslaag - een deel van de lagere atmosfeer waar vocht en energie worden uitgewisseld tussen het land en de atmosfeer.

"De opwaartse kracht die nodig is om luchtpakketten naar hun niveau van vrije convectie te tillen, neemt toe met de diepte van de grenslaag, " zei Ashfaq. "En hoe warmer de atmosfeer, hoe meer vocht er nodig is voor convectieve instabiliteit, wat essentieel is voor de ontwikkeling van onweersbuien. Het is een uitdaging om aan de eis te voldoen tijdens de pre-moessonperiode vanwege de beperkte vochttoevoer omdat de wind van het land wegwaait."

Het team zal hun CORDEX-simulaties bijdragen aan het regionale hoofdstuk over klimaatverandering van de volgende IPCC-beoordeling.