Toegenomen smeltwater en regen verklaren onverwachte afkoeling van de Zuidelijke Oceaan

Ontwikkelingen in de Zuidelijke Oceaan – Wereldwijde klimaatmodellen voorspellen dat de oceaan rond Antarctica zou moeten opwarmen, maar in werkelijkheid zijn deze wateren in de meeste delen van de afgelopen vier decennia afgekoeld.

Wetenschappers van de Stanford Universiteit hebben ontdekt dat de discrepantie tussen de modelresultaten en de waargenomen afkoeling voornamelijk te wijten is aan ontbrekend smeltwater en onderschatte neerslag. “We hebben ontdekt dat de afkoelingstrend in de Zuidelijke Oceaan eigenlijk een reactie is op de opwarming van de aarde, die de smelting van ijskappen en lokale neerslag versnelt,” zegt Earle Wilson, assistent-professor in de aardwetenschappen aan de Stanford Doerr School of Sustainability en hoofdauteur van een nieuwe studie in Geophysical Research Letters.

Door stijgende temperaturen smelt het ijskap van Antarctica en veroorzaakt het meer neerslag, waardoor de bovenste laag van de Zuidelijke Oceaan minder zout en dus minder dicht wordt. Dit creëert een deksel die de uitwisseling van koelere oppervlaktewateren met warmere wateren eronder beperkt. “Hoe frisser je die oppervlaklaag maakt, hoe moeilijker het is om warm water omhoog te mengen,” legt Wilson uit.

Deze verfrissing wordt echter niet volledig weergegeven in de meest geavanceerde klimaatmodellen – een tekortkoming die wetenschappers al lange tijd herkennen als een belangrijke bron van onzekerheid in de projecties van toekomstige zeespiegelstijging. “De impact van smeltwater op de oceaanstromingen ontbreekt volledig in de meeste klimaatmodellen,” voegt Wilson toe.

Global klimaatuitdagingen – Het verschil tussen waargenomen en gesimuleerde zeewatertemperaturen rond Antarctica is een deel van een grotere uitdaging voor wetenschappers en overheden die zich voorbereiden op de gevolgen van klimaatverandering. Wereldwijde klimaatmodellen simuleren over het algemeen niet nauwkeurig de afkoeling die in de afgelopen 40 jaar in de Zuidelijke Oceaan en de oostelijke Stille Oceaan rond de evenaar is waargenomen, of de intensiteit van de opwarming in de Indische en westelijke Stille Oceaan.

Er is ook een discrepantie tussen simulaties en de waargenomen frequentie van La Niña-weeromstandigheden, gedefinieerd door de oostelijke Stille Oceaan die kouder is dan gemiddeld. Opwarmingsgebeurtenissen in de Zuidelijke Oceaan gedurende ongeveer de afgelopen acht jaar hebben de afkoelingstrend van 40 jaar iets verminderd. Maar als de trends in zeewatertemperatuur wereldwijd blijven lijken op patronen die in recente decennia zijn ontstaan, in plaats van te verschuiven naar de patronen die in simulaties zijn voorspeld, zou dit de verwachtingen van wetenschappers voor sommige kortetermijneffecten van klimaatverandering veranderen. “Onze resultaten kunnen helpen deze wereldwijde discrepanties te verzoenen,” zegt Wilson.

Wereldwijd hebben de oceanen meer dan een kwart van de koolstofdioxide die door menselijke activiteiten is uitgestoten, en meer dan 90% van de overtollige warmte die door broeikasgassen in ons klimaatsysteem is vastgehouden, geabsorbeerd. “De Zuidelijke Oceaan is een van de belangrijkste plaatsen waar dit gebeurt,” zegt hoofdonderzoeker Zachary Kaufman, postdoctoraal onderzoeker in de aardwetenschappen.

Hierdoor heeft de Zuidelijke Oceaan een buitenproportionele invloed op de wereldwijde zeespiegelstijging, de opname van oceaanwarmte en de koolstofvastlegging. De oppervlaktetemperaturen beïnvloeden El Niño- en La Niña-weerpatronen, die de neerslag tot in Californië beïnvloeden.

Een verrassende ontdekking – Om het fysieke mechanisme van de afkoeling van de Zuidelijke Oceaan te begrijpen en betrouwbaardere projecties van de toekomstige impact op het klimaatsysteem van de aarde mogelijk te maken, hebben Wilson en Kaufman onderzocht hoeveel de zeewatertemperaturen rond Antarctica in simulaties zijn gedaald als reactie op de verfrissing. “We dachten naïef dat het niet uitmaakte waar je het zoetwater plaatst,” zegt Wilson.

De onderzoekers waren verrast te ontdekken dat de oppervlaktetemperaturen veel gevoeliger zijn voor zoetwaterfluxen die geconcentreerd zijn langs de kust dan voor diegene die breder over de oceaan vallen als regen. “Het aanbrengen van zoetwater nabij de Antarctische rand heeft een grotere invloed op de vorming van zee-ijs en de seizoensgebonden cyclus van het zee-ijsextent, wat vervolgens downstream effecten heeft op de zeewatertemperatuur,” zegt Wilson. “Dit was een verrassend resultaat dat we in toekomstig onderzoek verder willen verkennen.”

Ontbrekend smeltwater kwantificeren – Eerdere studies hebben geprobeerd te kwantificeren hoe smeltwater uit Antarctica het wereldwijde klimaatsysteem beïnvloedt door een bepaalde hoeveelheid zoetwater toe te voegen aan een enkele klimaatmodel simulatie, in wat wetenschappers “hosing”-experimenten noemen. “Je krijgt zeer uiteenlopende resultaten, omdat mensen hun experimenten iets anders opzetten, en de modellen een beetje anders zijn, en het is onduidelijk of dit echt appels met appels zijn,” legt Wilson uit.

Voor de nieuwe studie probeerden de onderzoekers dit probleem te vermijden door te werken met een verzameling simulaties. Met behulp van een nieuwe verzameling gekoppelde klimaat- en oceaanmodellen van het onlangs gelanceerde Southern Ocean Freshwater Input from Antarctica (SOFIA) Initiatief, evenals een oudere set modellen die veranderingen in oceaan dichtheid en circulatie simuleren, analyseerden de auteurs hoeveel de gesimuleerde zeewatertemperaturen veranderden als reactie op de werkelijke zoetwaterinvoeren tussen 1990 en 2021.

“Er is enige discussie geweest over de vraag of dat smeltwater historisch gezien voldoende is om echt van belang te zijn,” zegt Kaufman. “Wij tonen aan dat dit het geval is.” Met de nieuwe methode, die simulaties van 17 verschillende klimaatmodellen omvat, ontdekten de onderzoekers dat het ontbrekende zoetwater tot 60% van de discrepantie tussen de waargenomen en voorspelde zeewatertemperaturen in de Zuidelijke Oceaan tussen 1990 en 2021 verklaart. “We weten al een tijdje dat de smelting van ijskappen de oceaanstromingen in de komende eeuw en daarna zal beïnvloeden,” zegt Wilson. “Onze resultaten leveren nieuw bewijs dat deze smeltwatertrends al oceaandynamiek en mogelijk het wereldklimaat veranderen.”