Bewolking kan de opwarming van de aarde veel sterker versterken dan eerder begrepen
Tropische marine lage wolken spelen een cruciale rol in de regulering van het klimaat van de aarde. De vraag of ze de opwarming van de aarde verlichten of verergeren, is lange tijd een mysterie geweest. Onderzoekers van de School of Engineering van de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) hebben nu een methode ontwikkeld die de nauwkeurigheid van klimaatvoorspellingen aanzienlijk verbetert. Dit leidde tot een belangrijke ontdekking: tropische wolkenfeedback kan het broeikaseffect met maar liefst 71% hebben versterkt, meer dan eerder werd aangenomen.
De effecten van tropische lage wolken zijn moeilijk te onderzoeken omdat ze door verschillende factoren worden beïnvloed. Veelgebruikte factoren voor lage wolken hebben vaak moeite om de invloed van lokale zeewatertemperaturen (SST) te scheiden van die van de temperaturen in de vrije troposfeer, de onderste laag van de atmosfeer van de aarde. Dit creëert onzekerheid in de projecties. Het probleem wordt verder bemoeilijkt door aanzienlijke verschillen in wolkendynamiek tussen de twee belangrijkste stratocumulusgebieden op aarde, namelijk de tropische Stille Oceaan en de Atlantische Oceaan.
Een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Su Hui, hoogleraar aan de afdeling Civiele en Milieu-engineering en Global STEM Professor aan HKUST, heeft een nieuwe methode ontwikkeld om deze complexiteit te ontrafelen. De bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Nature Communications, in een artikel getiteld “Multi-Objective Observational Constraint of Tropical Atlantic and Pacific Low-Cloud Variability Narrows Uncertainty in Cloud Feedback.”
Om de beperkingen in bestaande literatuur te overwinnen, heeft het onderzoeksteam de prestaties van 28 geavanceerde klimaatmodellen geëvalueerd. In plaats van willekeurige gewichten toe te kennen aan de Stille Oceaan en de Atlantische Oceaan, ontwikkelden ze een Pareto-optimalisatiebenadering om deze evaluatie uit te voeren. Dit werd bereikt door modellen met een slechte prestatie in beide regio’s te verzwakken, terwijl de Pareto-optimalen behouden bleven.
“Onze nieuwe Pareto-optimalisatiebenadering biedt een robuuster en universeel toepasbaar kader voor de evaluatie van modellen op basis van meerdere observationele beperkingen,” zei Prof. Su, corresponderend auteur van deze studie.
Daarna combineerde het team deze aanpak met Bayesiaanse methoden om a priori beperkingen voor de tropische korte golf wolkenfeedback (SWCF) af te leiden. “In vergelijking met eerdere studies die ook observaties gebruikten om de marine lage wolkenfeedback te beperken, is een belangrijk verschil in ons werk de keuze van wolkenbeheersende factoren,” verduidelijkte Prof. Su.
Na vergelijking van de modeluitvoer met satellietobservaties, identificeerden ze met succes twee kritische wolkenbeheersende factoren die effectief de effecten van SST-opwarmingspatronen vastlegden: lokale SST en de temperatuur in de onderste troposfeer op ongeveer 3 km hoogte. De resultaten onthulden een toename van 71% in de SWCF vergeleken met alleen de modelprojecties. Prof. Wu Mengxi, de eerste auteur van dit werk en Research Assistant Professor aan de afdeling Civiele en Milieu-engineering, legde uit dat de bevindingen betekenen dat het klimaat van de aarde veel gevoeliger kan zijn voor stijgende kooldioxide niveaus dan veel modellen eerder hebben geschat.
“Hoewel tropische lage wolken een verkoelend effect kunnen bieden, sluit onze studie de mogelijkheid uit dat het verkoelende effect sterker kan worden door de oppervlaktetemperatuurstijging veroorzaakt door toenemende broeikasgassen,” zei hij. “De resultaten verkleinen niet alleen de onzekerheid in een van de grootste onbekenden in de klimaatwetenschap, maar stellen ons ook in staat om nauwkeuriger te voorspellen hoeveel opwarming we kunnen verwachten. Dit stelt ons in staat ons beter voor te bereiden op de uitdagingen van klimaatverandering,” voegde Prof. Wu toe.
Prof. J. David Neelin van de Universiteit van Californië, Los Angeles, was een samenwerkingspartner in dit onderzoek.
