Wetenschap
Wetenschappers onderzoeken het complexe patroon van omslagpunten in het huidige systeem van de Atlantische Oceaan
Een internationaal team van wetenschappers heeft ervoor gewaarschuwd om niet te vertrouwen op de natuur die duidelijke 'early warning'-indicatoren levert voor een klimaatramp, omdat nieuwe wiskundige modellen nieuwe fascinerende aspecten laten zien van de complexiteit van de dynamiek van het klimaat.
Het suggereert dat het klimaatsysteem onvoorspelbaarder zou kunnen zijn dan eerder werd gedacht.
Door de Atlantische meridionale kantelcirculatie, een van de belangrijkste stromingssystemen in de oceaan, te modelleren, heeft het team, bestaande uit wiskundigen van de Universiteit van Leicester, ontdekt dat de stabiliteit van het systeem veel complexer is dan eenvoudige 'aan-uit'-toestanden zoals eerder werd aangenomen. Wisselingen tussen deze staten kunnen leiden tot grote veranderingen in het regionale klimaat van de Noord-Atlantische regio, maar staan ver af van de enorme gevolgen van een transitie tussen de kwalitatief verschillende staten.
Maar sommige van deze kleine transities zouden uiteindelijk kunnen worden opgeschaald en een grote verandering tussen de kwalitatief verschillende staten kunnen veroorzaken, met enorme mondiale klimaateffecten. Vroege waarschuwingssignalen zijn mogelijk niet in staat de ernst van de daaropvolgende omslagpunten te onderscheiden. Net als bij een toren van Jenga-blokken kan het verwijderen van enkele blokken de stabiliteit van het systeem beïnvloeden, maar we kunnen er niet zeker van zijn welk blok het hele systeem zal laten instorten.
Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Science Advances in een paper onder leiding van het Niels Bohr Instituut van de Universiteit van Kopenhagen.
De Atlantische meridionale kantelcirculatie is een van de belangrijkste fundamentele kenmerken van het klimaatsysteem. Het transporteert warmte van lage naar hoge breedtegraden in de noordelijke Atlantische Oceaan, en helpt zo positieve thermische afwijkingen te creëren in Noord- en West-Europa en in de Noord-Atlantische regio benedenwinds. Een vertraging van de circulatie zou resulteren in een relatieve afkoeling in deze regio.
Het voorspellen van het gedrag van ons klimaat, zoals in de Atlantische meridionale circulatie, is een uitdaging vanwege de ongelooflijke complexiteit ervan. Wetenschappers hebben óf een model met de hoogst mogelijke resolutie nodig, óf proberen het gedrag ervan te begrijpen met behulp van een model dat minder middelen vergt en dat rigoureuze statistische analyses mogelijk maakt.
Professor Valerio Lucarini van de School of Mathematical and Computer Science van de Universiteit van Leicester zei:‘Binnen elke staat is er een veelheid aan nabijgelegen staten. Afhankelijk van waar of wat je waarneemt, kun je enkele indicatoren vinden die wijzen op een naderende ineenstorting. Het is niet duidelijk of deze ineenstorting beperkt zal blijven tot nabijgelegen staten of tot grote onrust zal leiden, omdat de indicatoren alleen de lokale eigenschappen van het systeem weerspiegelen.
“Deze toestanden zijn de verschillende manieren waarop de Atlantische meridionale omkerende circulatie zichzelf op grote schaal organiseert, met belangrijke implicaties voor het mondiale klimaat en vooral regionaal in de Noord-Atlantische Oceaan. In sommige scenario’s zou de circulatie een ‘omslagpunt’ kunnen bereiken waar het systeem is niet langer stabiel en zal instorten. Vroege waarschuwingsindicatoren vertellen ons dat het systeem misschien naar een andere staat gaat, maar we weten niet hoe anders het zal zijn.
"In een afzonderlijk onderzoek hebben we iets soortgelijks zien gebeuren in paleoklimatologische gegevens:wanneer je de tijdschaal van je interesse verandert - net als een vergrotingslens - kun je steeds kleinere en kleinere kenmerken ontdekken die indicatief zijn voor concurrerende werkingswijzen van het mondiale klimaat. .
"Paleoklimatologische gegevens van de afgelopen 65 miljoen jaar hebben ons in staat gesteld een nieuwe interpretatie te geven van de klimaatevolutie gedurende die periode, en deze meerdere concurrerende staten te onthullen.
"Deze studie maakt de weg vrij om naar het klimaat te kijken door de lens van statistische mechanica en complexiteitstheorie. Het stimuleert echt een nieuwe kijk op het klimaat, waarin je complexe numerieke simulaties, observationeel bewijs en theorie moet samenbrengen in een onvermijdelijk mengsel. Je moet deze complexiteit waarderen en onderschrijven. Er is geen kortere weg, geen gratis lunch in ons begrip van het klimaat, maar we leren er veel van."