Een toename van de kans op een "Groenlandblok" - een uitstulping van hogedruk die over het enorme eiland tot stilstand komt en extreem weer kan veroorzaken, zowel in Noord-Amerika als in Europa - zou jaren van tevoren voorspelbaar kunnen zijn.

Dat geldt ook voor veranderingen in de zuurgraad van de oceaan in het California Current System, die rijke en economisch belangrijke visserijen in stand houdt, evenals fluxen in de hoeveelheid organisch materiaal geproduceerd door fytoplankton in de oceaan, die de basis vormt van de mariene voedselpiramide.

Zelfs een waarschijnlijke toename of afname van de hoeveelheid koolstofdioxide die door planten wordt opgenomen, en de resulterende effecten op de concentratie van kooldioxide in de atmosfeer, kan over een aantal jaren voorspelbaar zijn.

Deze bevindingen komen uit een hele reeks nieuwe artikelen die gezamenlijk aantonen dat een breed scala aan verschijnselen in de atmosfeer, oceanen, en land kan voorspelbaar zijn op tijdshorizonten die zich uitstrekken van een jaar tot een decennium. De nieuwe studies zijn allemaal afgeleid van het Decadal Prediction Large Ensemble (DPLE), een enorme, vrij beschikbare database van modelsimulaties ontwikkeld en ondergebracht bij het National Center for Atmospheric Research (NCAR).

De DPLE is speciaal ontworpen en gemaakt om wetenschappers uit verschillende disciplines in staat te stellen aspecten van het aardsysteem te onderzoeken die mogelijk voorspelbaar zijn op een tientallige tijdschaal, het overbruggen van de kloof tussen seizoensvoorspellingen en klimaatprojecties. Tot dusver, het heeft enkele elementen bevestigd waarvan wetenschappers al vermoedden dat ze jaren van tevoren konden worden voorspeld, zoals de temperatuur van het zeeoppervlak in de Noord-Atlantische Oceaan, die onder andere het weer boven Europa beïnvloeden. Maar het onderzoeken van de datatrove heeft ook een groot aantal andere mogelijkheden blootgelegd.

"Het is twee jaar geleden dat we de dataset hebben vrijgegeven, en wat we hebben geleerd heeft onze verwachtingen overtroffen, " zei NCAR-wetenschapper Steve Yeager, die het project leidde. "Dingen waarvan mensen nooit dachten dat ze voorspelbaar waren, we vinden voorspelbaar met DPLE."

25, 600 gesimuleerde jaren

Het geheim van het succes van DPLE is de grootte. De dataset bestaat uit 64 individuele ensembles (of sets van simulaties), één voor elk jaar tussen 1954 en 2017. Elk ensemble bestaat uit 40 leden die een decennium vooruitlopen in gesimuleerde tijd. In totaal, de dataset bevat 25, 600 gesimuleerde jaren klimaatinformatie. De simulaties zijn gemaakt door het NCAR-gebaseerde Community Earth System Model (CESM) en draaien voornamelijk op het Cheyenne-systeem van het NCAR-Wyoming Supercomputing Center.

Met een ensemble van 40 individuele modelsimulaties van hetzelfde decennium kunnen wetenschappers delicate signalen van voorspelbaarheid naar voren halen die anders zouden worden gemist met slechts één - of zelfs een handvol - modelruns. Elk lid van het ensemble wordt afgetrapt met historische omstandigheden voor het startjaar, maar dan is elk ook een bijna niet te onderscheiden hoeveelheid geknepen. De minuscule aanpassing is genoeg om elke simulatie op een duidelijk pad te sturen, wat resulteert in 40 mogelijke manieren waarop het klimaat van het decennium zich had kunnen ontvouwen.

Wetenschappers kunnen mogelijke gebieden van voorspelbaarheid ontdekken door over het hele ensemble te kijken. Gebieden waar de simulaties de neiging hebben om overeen te komen, zijn kandidaten voor voorspelbaarheid, en hoe sterker ze het eens zijn, hoe vaardiger de voorspelling waarschijnlijk zal zijn.

"We waren de eersten die aan decadale voorspelling werkten met behulp van een groot ensemble in een systeem met één model, "Zei Yeager. "Het feit dat we al deze ensembleleden voor het probleem hebben gegooid, heeft ons in staat gesteld om deze resultaten te krijgen."

Het succes van het project heeft Yeager en zijn collega's al doen nadenken over wat de toekomst biedt. Een mogelijkheid is het aanpassen van de soorten observaties die worden gebruikt om het ensemble te starten. Omdat fenomenen die jaren van tevoren kunnen worden voorspeld, meestal verband houden met veranderingen in de oceaan - die zich over veel langere tijdschalen afspelen dan veranderingen in de atmosfeer en op het land - gebruikte de oorspronkelijke DPLE de toestand van de oceaan en het zee-ijs als de uitgangspunt voor de modellen. Het toevoegen van waarnemingen van de atmosfeer en het land zou de voorspelbaarheid op relatief korte termijn van meer dan een jaar of zo kunnen verbeteren.

"We zijn echt geïnteresseerd in hoe we dit kunnen bevorderen - wat we zouden kunnen doen om het naar een hoger niveau te tillen, "Zei Yeager. "De eerste DPLE geeft ons hints van wat mogelijk is. Nu willen we de technieken verfijnen die nodig zijn om decadale voorspellingen te doen, iets dat nuttig kan zijn voor besluitvormers en planners."