Wetenschap
Het blootleggen van de impact van hydrologische gevoeligheid op de wereldwijde regenval
Georgia Tech-onderzoeker Jie He wilde voorspellen hoe de regenval zal veranderen naarmate de atmosfeer van de aarde blijft opwarmen. Daarbij deed hij enkele onverwachte ontdekkingen die zouden kunnen verklaren hoe de uitstoot van broeikasgassen de tropische oceanen zal beïnvloeden en het klimaat op wereldschaal zal beïnvloeden.
"Dit is geen verhaal met slechts één clou", zegt He, assistent-professor aan de Georgia Tech's School of Earth and Atmospheric Science, wiens meest recente werk is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Climate Change. . "Ik had niet echt verwacht dat ik zoiets interessants zou vinden; er waren een paar verrassingen."
Hij is hoofdonderzoeker van de Climate Modeling and Dynamics Group, die expertise op het gebied van natuurkunde, wiskunde en informatica combineert om klimaatverandering te bestuderen. De nieuwste studie van het team, een samenwerking met de Mississippi State University en Princeton University, onderzoekt de hydrologische gevoeligheid in de drie tropische bekkens van de planeet:de centrale delen van zowel de Stille als de Atlantische Oceaan, en het grootste deel van de Indische Oceaan, een equatoriale gordel die de aarde omringt tussen de Kreeftskeerkring (noord) en de Steenbokskeerkring (zuid).
"Hydrologische gevoeligheid" (HS) verwijst naar de neerslagverandering per graad oppervlakteopwarming. Hydrologische gevoeligheid is een belangrijke maatstaf die onderzoekers gebruiken bij het evalueren of voorspellen van hoe regenval zal reageren op toekomstige klimaatverandering. Positieve HS duidt op een natter klimaat, terwijl negatieve HS duidt op een droger klimaat.
"De projectie van hydrologische gevoeligheid en toekomstige neerslag is uitgebreid onderzocht, maar de meeste studies kijken naar mondiale gemiddelden - niemand had nog goed naar elk afzonderlijk bekken gekeken", zei hij. "En de echte impact op de mondiale klimaatverandering zal van de regionale schaal komen."
Met andere woorden:wat er in tropische wateren gebeurt, heeft verstrekkende gevolgen.
Lange reikwijdte van de tropen
Hij wilde specifiek de tropische bekkens onderzoeken, omdat deze al een bekende invloed hebben op afgelegen locaties:El Niños en La Niñas. Deze weerpatronen die elke paar jaar veranderen, zijn voorbeelden van veranderingen in de neerslag in de tropische oceanen die een mondiale impact hebben.
"Deze neerslagveranderingen zorgen voor verwarming en afkoeling in de atmosfeer, waardoor atmosferische golven ontstaan die het afgelegen klimaat over de hele wereld beïnvloeden", zei hij. Tijdens de El Niño-winters valt er in het zuidoosten van de VS bijvoorbeeld doorgaans meer neerslag dan normaal.
Maar El Niños en La Niñas komen van nature voor. Terwijl de tropische neerslagveranderingen die hij identificeerde, worden geprojecteerd als uitkomsten van door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde – een simulatie, onderdeel van een klimaatmodel.
Klimaatmodellen zijn een essentieel hulpmiddel voor He en andere onderzoekers, die ze gebruiken om mogelijke toekomstscenario's te simuleren. Dit zijn computerprogramma's die zich baseren op complexe wiskundige vergelijkingen om de atmosferische interacties van energie en materie te projecteren die waarschijnlijk over de hele planeet zullen plaatsvinden.
Wat hem verraste was het substantiële verschil in HS tussen tropische bekkens. In wezen heeft het tropische bekken in de Stille Oceaan in He's model een HS die meer dan twee keer zo groot is als het Indiase bekken, waarbij het Atlantische bekken als een negatieve waarde wordt geprojecteerd.
"Het was verrassend omdat deze verschillen niet kunnen worden verklaard door de reguliere theorieën over veranderingen in tropische neerslag", zei hij. "Met andere woorden:geen van de theorieën die we kenden zou dit hebben voorspeld."
De gevoelige toekomst modelleren
De effecten van een dergelijke uiteenlopende hydrologische gevoeligheid zouden wijdverspreid zijn, aldus He. Zijn experimenten suggereren bijvoorbeeld dat het vasteland van de VS natter zal worden en dat het Amazonegebied droger zal worden.
"Als deze modelprojecties waar zijn, zullen deze effecten zich manifesteren naarmate het klimaat blijft opwarmen", zei He, die niet precies kan voorspellen hoe lang het zal duren voordat deze effecten kunnen worden gedetecteerd in daadwerkelijke observaties van onze driedimensionale wereld.
Dat komt omdat ze pas sinds 1979 betrouwbare waarnemingen hebben van tropische neerslag in de oceanen. Veranderingen in de neerslag gedurende tientallen jaren worden sterk beïnvloed door interne klimaatvariabiliteit, dat wil zeggen klimaatverandering die niet door mensen wordt veroorzaakt. Wanneer door de mens veroorzaakte neerslagveranderingen aanzienlijk groter zijn dan de interne klimaatvariabiliteit, zouden we de verreikende effecten van uiteenlopende hydrologische gevoeligheid moeten kunnen detecteren.
Maar de uitdagingen van de voortdurende klimaatverandering laten niet de luxe toe om te wachten totdat elk aspect van de klimaatprojectie werkelijkheid wordt, merkte hij op en voegde eraan toe:‘We vertrouwen tot op zekere hoogte op klimaatprojecties om onze aanpassings- en mitigatieplannen te sturen. Het is belangrijk om de klimaatprojecties te bestuderen en te begrijpen."
Gebaseerd op het scenario dat wordt voorspeld door de klimaatmodellen die in He's onderzoek worden gebruikt, zullen de effecten van El Niños en La Niñas op afgelegen klimaten sterker worden.
"Wat we kunnen impliceren is dat deze versterking gedeeltelijk te wijten zou zijn aan de uiteenlopende HS tussen tropische bekkens", concludeerde hij.
Hoewel de toekomstige effecten van HS op El Niños en La Niñas in dit onderzoek niet zijn besproken, gelooft hij dat dit in de toekomst een zeer interessant onderzoeksonderwerp zou kunnen zijn.