De hoogste temperatuur ooit aantoonbaar op aarde gemeten - 54,4 graden Celsius (130 graden Fahrenheit) in Death Valley, Californië, op 9 juli 2021 - komt slechts enkele maanden nadat in Azië en de Verenigde Staten record-lage temperaturen werden geregistreerd. In zinderende hitte, de resultaten van een snel opwarmende aarde zijn duidelijk. In een sneeuwstorm, het kan moeilijker zijn om te begrijpen hoe de opwarming van de aarde zo'n vrieskou kan veroorzaken. Een internationaal onderzoeksteam onderzocht drie extreme gebeurtenissen van de afgelopen winter om de onderliggende mechanismen van dergelijke schommelingen in temperatuur en weer op te helderen.

Ze publiceerden hun resultaten op 9 augustus in Vooruitgang in atmosferische wetenschappen .

"Het overkoepelende probleem dat moet worden opgelost, is waarom extreme weersomstandigheden zich de afgelopen decennia vaker hebben voorgedaan in een opwarmend klimaat en als de versterking van de Arctische opwarming een leidende rol speelt, " zei eerste auteur Xiangdong Zhang, hoogleraar klimaat- en atmosferische wetenschappen aan de University of Alaska Fairbanks. "De extreme gebeurtenissen van de winter van 2020-21 bieden een unieke kans om te onderzoeken welke fysieke processen of mechanismen deze gebeurtenissen aandrijven."

De onderzoekers onderzochten twee recordbrekende uitbraken van koude lucht in China van eind december 2020 tot half januari 2021, waarin zowel Peking als Tiajin hun laagste temperaturen in 54 jaar (-19,7°C (-3,46°F) en -19,9°C (-3,82°F) beleefden, respectievelijk). Ze beschouwden ook de historische kou die in februari 2021 het middenwesten en het diepe zuiden van Noord-Amerika trof, wat resulteert in de koudste geregistreerde temperaturen in bijna een eeuw in Texas (-13,3°C (8°F) en -8,3°C (17°F) in Austin en Houston, respectievelijk).

Als we de winter van 2020-21 vergelijken met de laatste 42 winters, onderzoekers gebruikten beschikbare waarnemingsgegevens en gesimuleerde modellen om te ontrafelen hoe zee- en atmosferische gebeurtenissen ten grondslag kunnen liggen aan extreem weer." zulke extreme weersomstandigheden die we onderzoeken komen met tussenpozen voor - ze komen niet elk jaar voor, " zei co-auteur James Overland, oceanograaf onderzoek bij de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Pacific Marine Environmental Laboratory in de VS "Dit komt omdat ze worden veroorzaakt door een combinatie van nieuwe opwarming van de aarde en extreme, maar natuurlijk voorkomend, voorloper weersomstandigheden in de jetstream en polaire vortex."

De polaire vortex — lage druk, koude lucht in de atmosfeer gecentreerd boven de polen van de aarde - zorgt ervoor dat koelere temperaturen in de winter over het noordelijk halfrond vallen met behulp van de jetstream van de aarde, die bestaat uit luchtstromen die van west naar oost stromen. Abrupte temperatuurstijgingen in een bovenste laag van de atmosfeer, plotselinge stratosferische opwarming genoemd, kan drastisch veranderen hoe de polaire vortex en straalstroom zich gedragen en op elkaar inwerken, volgens Zhang. Het resulterende weer kan zelfs nog extremer worden als het wordt gecompliceerd door veranderlijke oceaantemperaturen en zee-ijs in de Noordelijke IJszee.

"Het gelijktijdig optreden van abnormale thermische oceaancondities in drie oceaanbekkens en de interactie van atmosferische dynamiek zorgde voor hemisferische schaal, systematische veranderingen in de atmosferische circulatie, of weerpatroon, tot een uiterst abnormale toestand, "

Hoewel alle drie de gebeurtenissen verband hielden met een plotselinge opwarming van de stratosfeer, de stroomafwaartse effecten waren verschillend in elk. Tijdens het eerste evenement in Oost-Azië, koude polaire lucht moduleerde de straalstroom op de middelste breedtegraad om koude lucht naar het zuiden te sturen; bij het tweede evenement de polaire vortex-splitsing, het verdiepen van een gebied met lage druk en circuleren met koelere Arctische lucht; en in het Noord-Amerikaanse evenement, de polaire vortex werd ook gesplitst, maar in dit geval dreef de lagere atmosfeer dieper in het zuiden neer, druk uitoefenen op intens koude lucht.

"Bij het toekennen van de factoren die verantwoordelijk zijn voor een extreme gebeurtenis, we moeten een breed gezichtspunt hebben om het grote geheel te vatten, " zei co-auteur Timo Vihma, onderzoeksprofessor aan het Fins Meteorologisch Instituut in Finland. "Het kan bestaan ​​uit complexe interacties van verschillende factoren die ver van elkaar in de hemisferische schaal werken. "

Co-auteur Annette Rinke, senior wetenschapper aan het Alfred Wegener Instituut, Helmholtz Centrum voor Polair en Marien Onderzoek in Duitsland, legde verder uit dat extreme winterweergebeurtenissen vaak worden veroorzaakt door 'externe' factoren.

"De studie toont aan dat anomalieën in oceaantemperaturen naast de grootschalige atmosferische circulatie een sleutelrol kunnen spelen bij extreme weersomstandigheden, ' zei Rinke.

De onderzoekers zijn van plan om te blijven onderzoeken hoe atmosferische gebeurtenissen extreme weersomstandigheden kunnen voorkomen en beïnvloeden.

"Binnen koude luchtactiviteiten, wolken en neerslag, en de bijbehorende latente warmte, kan veranderen, maar er is een gebrek aan waarnemingen hiervoor, " zei co-auteur Yunfei Fu, hoogleraar aan de School of Earth and Space Science, Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China. "Satelliet remote sensing kan hierbij helpen, inclusief het valideren van modelsimulaties, die kunnen helpen voorspellen hoe voorlopergebeurtenissen zaken als het moessonseizoen in Oost-Azië kunnen beïnvloeden."

"Door deze recordbrekende koude periodes te bestuderen, we kunnen het 'grote plaatje' van extreme weersomstandigheden zien." zei co-auteur, Zhe Han, wetenschapper aan het Instituut voor Atmosferische Fysica, Chinese Wetenschapsacademie. "Hoewel de gebeurtenissen anders kunnen zijn, ze kunnen vergelijkbare onderliggende mechanismen delen, dat heeft te maken met de opwarming van de aarde. Samen met de opwarming, de Arctische versterking en geïntensiveerde thermische anomalieën van de oceaan kunnen interageren met de atmosferische circulatie, zoals de polaire vortex en plotselinge opwarming van de stratosfeer, om het optreden van extreme koude of hete gebeurtenissen te veroorzaken."