Het fietsen tussen warme El Niño en koude La Niña-omstandigheden in de oostelijke Stille Oceaan (algemeen aangeduid als de El Niño-Southern Oscillation, ENSO) heeft standgehouden zonder grote onderbrekingen gedurende ten minste de laatste 11, 000 jaar. Dit kan in de toekomst veranderen volgens een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Klimaatverandering door een team van wetenschappers van het IBS Center for Climate Physics (ICCP) aan de Pusan ​​National University in Zuid-Korea, het Max Planck Instituut voor Meteorologie, Hamburg, Duitsland, en de Universiteit van Hawaï in Mānoa, ONS.

Het team voerde een reeks wereldwijde klimaatmodelsimulaties uit met een ongekende ruimtelijke resolutie van 10 km in de oceaan en 25 km in de atmosfeer. Gesterkt door de kracht van een van Zuid-Korea's snelste supercomputers (Aleph), de nieuwe klimaatmodelsimulaties met ultrahoge resolutie kunnen nu op realistische wijze tropische cyclonen in de atmosfeer en tropische instabiliteitsgolven in de equatoriale Stille Oceaan simuleren, die beide een fundamentele rol spelen bij het ontstaan ​​en beëindigen van El Niño- en La Niña-evenementen. "Onze supercomputer heeft meer dan een jaar non-stop gedraaid om een ​​reeks eeuwenlange simulaties te voltooien over het huidige klimaat en twee verschillende niveaus van opwarming van de aarde. Het model genereerde 2 quadriljoen bytes aan gegevens; genoeg om ongeveer 2 te vullen, 000 harde schijven, " zegt Dr. Sun-Seon Lee die de experimenten uitvoerde.

Door deze enorme dataset te analyseren, het team concentreerde zich op een al lang bestaand probleem:hoe zal ENSO veranderen als reactie op toenemende broeikasgasconcentraties. "Twee generaties klimaatwetenschappers hebben naar dit probleem gekeken met behulp van klimaatmodellen van verschillende complexiteit. Sommige modellen simuleerden zwakker; anderen voorspelden grotere temperatuurschommelingen in het oosten van de Stille Oceaan in een toekomstig warmer klimaat. " zegt prof. Axel Timmermann, co-corresponderende auteur en directeur van de ICCP. Hij voegt eraan toe:"Wat deze modellen gemeen hebben, is dat hun gesimuleerde temperaturen in de equatoriale Stille Oceaan, ten westen van Galapagos, waren altijd te koud in vergelijking met de waarnemingen. Hierdoor konden ze de delicate balans tussen positieve en negatieve feedbackprocessen die belangrijk zijn in de ENSO-cyclus niet goed weergeven."

Door kleinschalige klimaatprocessen vast te leggen met de hoogst rekenkundig mogelijke resolutie, het ICCP-team was in staat om deze vooroordelen in de oceaantemperatuur te verminderen, wat leidt tot substantiële verbeteringen in de representaties van ENSO en zijn reactie op de opwarming van de aarde. "Het resultaat van onze computersimulaties is duidelijk:toenemende CO ₂ concentraties zullen de intensiteit van de ENSO-temperatuurcyclus verzwakken, " zegt Dr. Christian Wengel, eerste auteur van de studie en voormalig postdoctoraal onderzoeker bij het ICCP, nu aan het Max Planck Instituut voor Meteorologie in Hamburg in Duitsland.

Door de beweging van warmte in het gekoppelde atmosfeer/oceaansysteem te volgen, identificeerden de wetenschappers de belangrijkste boosdoener van de ineenstorting van het ENSO-systeem:toekomstige El Niño-gebeurtenissen zullen sneller warmte aan de atmosfeer verliezen als gevolg van de verdamping van waterdamp, die de neiging heeft om de oceaan af te koelen. In aanvulling, het verminderde toekomstige temperatuurverschil tussen de oostelijke en westelijke tropische Stille Oceaan zal ook de ontwikkeling van extreme temperaturen tijdens de ENSO-cyclus remmen. Echter, deze twee factoren worden gedeeltelijk gecompenseerd door een verwachte toekomstige verzwakking van tropische instabiliteitsgolven. Normaal gesproken zijn deze oceanische golven, die tot 30% van de hele omtrek van de aarde kan beslaan, ontwikkelen tijdens La Niña-omstandigheden. Ze vervangen koudere equatoriale wateren door warmer water buiten de evenaar, waardoor de ondergang van een La Niña-evenement wordt versneld. De nieuwe computersimulaties, die de gedetailleerde structuur van deze golven oplossen, aantonen dat de bijbehorende negatieve feedback voor ENSO in de toekomst zal verzwakken.

"Er is een touwtrekken tussen positieve en negatieve terugkoppelingen in het ENSO-systeem, die in een warmer klimaat naar de negatieve kant kantelt. Dit betekent dat toekomstige El Niño- en La Niña-evenementen niet meer hun volledige omvang kunnen ontwikkelen, " zegt prof. Malte Stuecker, co-auteur van de studie en nu assistent-professor aan de afdeling Oceanografie en het International Pacific Research Center aan de Universiteit van Hawai'i in Mānoa.

Hoewel de jaarlijkse schommelingen in de oostelijke equatoriale Stille Oceaan-temperaturen volgens deze nieuwe studie waarschijnlijk zullen verzwakken met door de mens veroorzaakte opwarming, de overeenkomstige veranderingen in aan El Niño en La Niña gerelateerde extreme regenval zullen blijven toenemen als gevolg van een intensievere hydrologische cyclus in een warmer klimaat, zoals blijkt uit recente studies van wetenschappers van de ICCP en hun internationale medewerkers.

"Ons onderzoek documenteert dat onverminderde opwarming waarschijnlijk de krachtigste natuurlijke klimaatschommeling ter wereld, die al duizenden jaren actief is, tot zwijgen zal brengen. We kennen de ecologische gevolgen van deze potentiële niet-analoge situatie nog niet, "zegt Axel Timmermann. "Maar we willen het graag weten."