Belangrijke ontdekking onthult verband met extreme temperaturen op het Noordelijk Halfrond

De Walker-circulatie in december-februari tijdens El Niño-gebeurtenissen. Kleuren vertegenwoordigen afwijkingen in de zeewatertemperaturen (blauw is koud, oranje is warm). De ongebruikelijke oceaanverwarming in de oostelijke en centrale Stille Oceaan (oranje) helpt een stijgende regio van de Walker-circulatie naar het oosten van de 180° lengtegraad te verschuiven.

Hittegolven zijn in de afgelopen decennia intenser geworden op het noordelijk halfrond. Met ongeveer 90% van de wereldbevolking, waarvan het grootste deel in de gematigde breedtegraden woont, zijn er frequentere en ernstigere hittegolven en droogtes waargenomen, zoals in Europa in 2003, 2010 en 2019, in Noord-Amerika in 2018 en 2021 en in oostelijk China in 2013 en 2022.

Gezien het grote aantal slachtoffers en de economische verliezen is het frustrerend dat het voorspellen van deze gebeurtenissen met wereldwijde computermodellen moeilijker is buiten de tropen dan binnen deze zone. Wetenschappers uit China hebben nu aangetoond dat een belangrijke globale klimaatsverbinding sinds het einde van de jaren ’70 is verschoven, met de meest ernstige impact van hittegolven en droogtes over Oost-Europa, Oost-Azië en het zuidwesten van Noord-Amerika. Hun werk is gepubliceerd in Nature Communications.

Empirische waarnemingen en modelgegevens tonen een essentiële rol van de El Niño-Zuidelijke Oscillatie (ENSO) achter deze verandering. Voor het einde van de jaren ’70 had ENSO een indirect effect op de boreale zomercirculatie, een wereldwijde teleconnectie die de Indiase zomermonsoon moduleerde. Deze verbinding verzwakte vanaf de jaren ’80, waarbij de ENSO-krachten naar het westen verschoven, wat leidde tot een verandering van de eerdere centra van de GCT.

ENSO, de El Niño-Zuidelijke Oscillatie, is de niet-periodieke verandering in winden en watertemperatuur over de westelijke tropische Stille Oceaan, die zich manifesteert als El Niños (warmere oppervlaktewater) en La Niñas (koudere oppervlaktewater) in de centrale en oostelijke evenaarzone van de Stille Oceaan. Deze veranderingen hebben wereldwijde gevolgen, waarbij de eerste vaak de gemiddelde wereldwijde oppervlaktetemperatuur verhoogt en de tweede deze verlaagt, wat ook de neerslag in bepaalde regio’s beïnvloedt.

In het tijdperk van antropogene klimaatverandering leiden de El Niños vaak tot recordtemperaturen, zoals gebeurde in 2023 en 2024. De “Zuidelijke Oscillatie” vindt plaats in de atmosfeer en is verbonden met de verschuiving van de zeewatertemperaturen.

ENSO-patronen, die als onvoorspelbaar zijn aangetoond, hebben een significante invloed op het klimaat in de tropen, neerslag en de landbouwproductie. Door middel van “teleconnecties” kunnen ze ook verre delen van de wereld beïnvloeden, vaak duizenden kilometers verderop. Een voorbeeld is de boreale zomer (juni tot augustus) circumglobal teleconnectie (CGT), ontdekt in 2005, een atmosfeer-anomalie die zich voordoet tijdens de zomer op het noordelijk halfrond.

Met behulp van heranalysegegevens—datasets van eerdere weer- en klimaatobservaties—gevoerd in klimaatmodellen, is ontdekt dat de structuur en variabiliteit van de CGT na het einde van de jaren ’70 zijn veranderd, samen met een andere mondiale schaal, de westelijke Noord-Pacifische–Noord-Amerikaanse teleconnectie. Maar destijds kon dit slechts ruwweg een maand van tevoren worden voorspeld.

De CGT bestaat uit Rossby-golven—inertiale golven die aanwezig zijn in een draaiende vloeistof—in de bovenste atmosfeer, met in totaal 5 golflengtes die verband houden met de straalstroom op het noordelijk halfrond die van west naar oost stroomt.

Het onderzoeksteam uit China, onder leiding van Shankai Tang van de Sun Yat-Sen Universiteit en het Guangdong Laboratorium in Zhuhai, China, met zeven co-auteurs in China en één aan de Universiteit van Hawaii in Manoa, heeft ontdekt dat de Rossby-golven op het noordelijk halfrond sinds het einde van de jaren ’70 met een halve golflengte zijn verschoven.

Door gebruik te maken van neerslaggegevens verzameld van de National Oceanic and Atmospheric Administration’s Precipitation Reconstruction, en globale wind-, neerslag-, oppervlaktetemperatuur- en geopotentiële hoogtegegevens geleverd door het Europees Centrum voor Middellange Termijn Weersvoorspellingen Reanalyse 5 (ERA5), en zeewatertemperaturen en neerslag-evapotranspiratie uit andere databases, maakten ze gebruik van het Community Earth System Model versie 2 van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) om numerieke experimenten uit te voeren en de CGT te onderzoeken op statistisch bewijs van veranderingen.

Waarom de verandering van een halve golflengte? Een voor de hand liggende mogelijkheid is klimaatverandering door menselijke activiteiten, maar ze ontdekten dat de gevonden verandering niet kon worden gesimuleerd met 24 geavanceerde klimaatmodellen van het Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 met de bekende antropogene krachten, “wat suggereert dat ze worden aangedreven door natuurlijke variabiliteit” schrijven ze.

Bij het bekijken van ongebruikelijke zomerse ENSO-jaren, ontdekten ze dat de structuur van de zomerse ENSO gedurende meerdere decennia een significante verandering had ondergaan, waarbij de zeewatertemperaturen naar het westen verschoven van de evenaar in de oostelijke Stille Oceaan en de Chileense kust naar de evenaar in het centrale Stille Oceaan. (De verandering was hetzelfde voor zowel El Niños als La Niñas.)

De dalende beweging van de Walker-circulatie leidde tot onderdrukte convectie en neerslag over de tropische westelijke Noord-Pacifische. Door een keten van atmosferische interacties resulteert dit in de westelijke verschuiving van een halve golflengte van het centrum van de CGT in de Noord-Pacifische, “en andere centra stroomafwaarts.”

Het team zegt dat hun werk nuttig kan zijn voor toekomstige verbeteringen van modellen voor het maken van projecties en voorspellingen. “Een dieper begrip van de recente verandering in de CGT-structuur,” schreven ze, “moet helpen de seizoensvoorspellingen van hittegolven en droogtes in de gematigde breedtegraden van het noordelijk halfrond die verband houden met de ENSO te verbeteren.” Een beter begrip van de relatie tussen ENSO en CGT moet ook de projecties van toekomstige klimaatverandering in dezelfde gematigde breedtegraden verbeteren.