Wetenschap
Hoe extratropische interacties tussen oceaan en atmosfeer kunnen bijdragen aan de variabiliteit van straalstromen
De interactie tussen de oceanen en de atmosfeer speelt een cruciale rol bij het vormgeven van het klimaat op aarde. Veranderende temperaturen aan het zeeoppervlak kunnen de atmosfeer verwarmen of afkoelen, en veranderingen in de atmosfeer kunnen hetzelfde doen met het oceaanoppervlak. Deze uitwisseling van energie staat bekend als 'oceaan-atmosfeerkoppeling'.
Nu hebben onderzoekers van de Kyushu Universiteit onthuld dat deze koppeling tussen oceaan en atmosfeer de patronen van televerbindingen op het noordelijk halfrond verbetert – wanneer de klimaatomstandigheden in grote delen van de wereld veranderen. In hun recente onderzoek modelleerde het team het effect van oceaankoppeling op atmosferische circulatiepatronen, waarbij ze ontdekten dat extratropische oceaan-atmosfeerkoppeling meer meanderende straalstromen veroorzaakt, die verband houden met extreme weersomstandigheden.
De koppeling tussen oceaan en atmosfeer is het krachtigst in de tropen, waar de koppeling verantwoordelijk is voor de bekende "El Niño-Zuidelijke Oscillatie" in de equatoriale Stille Oceaan. De El Niño-Zuidelijke Oscillatie leidt op haar beurt op afstand tot een meanderende straalstroom op de middelste breedtegraden door de vorming van grootschalige atmosferische circulatiepatronen, d.w.z. televerbindingspatronen.
Buiten de tropen, op de middelste breedtegraden, wordt de impact van de koppeling tussen oceaan en atmosfeer op televerbindingspatronen minder goed begrepen. Niettemin kan de betekenis ervan voor de oorzaak van extreme weersomstandigheden niet worden genegeerd, vooral niet in het licht van de klimaatcrisis.
Dat blijkt uit een onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Communications Earth &Environment werpt een team van onderzoekers onder leiding van assistent-professor Masato Mori van het Research Institute for Applied Mechanics van Kyushu University, in samenwerking met de Universiteit van Tokyo, Toyama University en het Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, een nieuw licht op het fenomeen.
“Omdat de kans op extreme weersomstandigheden groter is wanneer de fluctuaties in de straalstromen groot zijn – zoals wanneer de omvang van het televerbindingspatroon groot is – is het belangrijk om de mechanismen te begrijpen die dit televerbindingspatroon vormen en in stand houden”, legt Mori uit.
Om de rol van de extratropische oceaan-atmosfeerkoppeling te onderzoeken, voerden de onderzoekers twee simulaties uit:een gekoppelde run, waarbij rekening werd gehouden met de interactie tussen de extratropische oceaan en de atmosfeer, en een ontkoppelde run, waarbij de interactie tussen de twee componenten werd verwaarloosd.
P>De simulaties onderzochten de impact van de koppeling tussen oceaan en atmosfeer op televerbindingspatronen tijdens de winter op het noordelijk halfrond:van december tot februari. Het effect van de koppeling op atmosferische circulatiepatronen werd geëvalueerd aan de hand van atmosferische variabelen, zoals luchtdruk en temperatuur.
In hun simulaties observeerden de onderzoekers significante veranderingen in de atmosferische variabelen, vooral in de noordelijke Stille Oceaan, de subpolaire Noord-Atlantische Oceaan en het noorden van Eurazië rond de regio's van de Barents-Kara Zee voor de kust van Siberië. Deze veranderingen duidden op verschuivingen in televerbindingspatronen vergeleken met simulaties zonder een dergelijke interactie.
"Extratropische koppeling verbetert selectief de variantie van drie belangrijke vormen van variabiliteit, en verklaart respectievelijk 13%, 11% en 10% van de totale variantie van respectievelijk de Pacifische/Noord-Amerikaanse, Noord-Atlantische Oscillatie en Warm-Arctische Koud-Euraziatische patronen," zegt Mori.
In de gekoppelde run verminderde de warmte-uitwisseling tussen de oceaan en de atmosfeer het thermische verschil tussen de lucht en de zee. Als gevolg hiervan komt er minder warmte vrij uit de oceanen en in de atmosfeer, wat leidt tot verhoogde kinetische energie en een meer meanderende straalstroom. Omgekeerd, wanneer de oceanen ontkoppeld zijn, reageert de temperatuur van het zeeoppervlak niet op atmosferische schommelingen. Door de grotere temperatuurverschillen komt er meer warmte vrij, waardoor er een minder meanderende jetstream ontstaat.
"De huidige studie kwantificeert het koppelingseffect op basis van grote ensemblesimulaties van een state-of-the-art volledig gekoppeld model. Bovendien laat het zien hoe koppeling op selectieve wijze meerdere belangrijke vormen van variabiliteit verbetert, niet alleen thermodynamisch maar ook dynamisch", besluit Mori. .
De onderzoekers wijzen er met name op dat de simulatie het koppelingseffect had kunnen onderschatten als gevolg van modelbias en problemen met het simulatieontwerp. Niettemin zou nieuwe kennis over de effecten van de koppeling tussen oceaan en atmosfeer op het noordelijk halfrond kunnen bijdragen aan het verbeteren van klimaatprojecties in het licht van de klimaatcrisis, door de verbetering van klimaatmodellen.