Nieuwe inzichten in de straalstroom verbeteren klimaatvoorspellingen

Onderzoekers hebben aangetoond welke factoren de straalstroom op het zuidelijk halfrond beïnvloeden.

Straalstromen worden vaak aangeduid als de “motor” van het wereldwijde weer: Hoge-altitude windstromen sturen gebieden van hoge en lage druk aan en spelen een cruciale rol in het vormgeven van ons weer. Echter, hoe deze atmosferische stromingen worden beïnvloed door klimaatverandering blijft onzeker.

Een team van klimatologen van de Universiteit van Leipzig, in samenwerking met andere onderzoeksinstellingen, heeft nu een nieuwe methode ontwikkeld die een dieper inzicht biedt in wat bekendstaat als de Eddy-Driven Jet op het zuidelijk halfrond. Deze vooruitgang, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, opent de deur naar meer nauwkeurige voorspellingen in de komende jaren over hoe deze windband kan reageren op klimaatverandering.

In Zuid-Amerika, Zuid-Afrika, Australië en Oceanië wordt het zomerweer sterk beïnvloed door de Eddy-Driven Jet (EDJ) op het zuidelijk halfrond, een windband die tussen de 1,3 en 1,5 kilometer boven de grond stroomt. Huidige klimaatmodellen hebben echter moeite om het gedrag ervan te voorspellen. De interacties tussen de verschillende factoren die kunnen leiden tot veranderingen in de luchtstroom zijn te complex.

Geïnspireerd door veranderingen in windpatronen op het zuidelijk halfrond in de afgelopen decennia, heeft Dr. Julia Mindlin en haar collega’s van het Instituut voor Meteorologie aan de Universiteit van Leipzig hun onderzoeksproject gelanceerd. Ze analyseerden meetgegevens en toonden aan dat de windsnelheden in de EDJ zijn toegenomen, terwijl de windband voortdurend verder naar de Zuidpool is verschoven. Ze pasten innovatieve methoden toe om de oorzaken van deze veranderingen te onderzoeken.

Onderzoeksteam combineert statistische methoden

Ze analyseerden eerst historische klimaatgegevens om te bepalen hoe de zomer-EDJ op het zuidelijk halfrond is veranderd sinds 1950. Om te begrijpen wat de veranderingen in de straalstroom aandrijft, gebruikte het team een statistisch kader genaamd causale inferentie. Deze methode helpt om de verschillende invloeden van individuele klimaatfactoren te ontcijferen, zelfs als ze nauw met elkaar verbonden zijn. Met deze aanpak konden de onderzoekers de verschillende effecten scheiden en de specifieke rol van elke factor kwantificeren.

Ze koppelden deze bevindingen aan een “verhaallijn”-benadering. Klimaatverhaallijnen beschrijven veranderingen als een causale keten van gebeurtenissen en zijn een belangrijk hulpmiddel in het klimaatonderzoek om onzekerheden in klimaatprojecties uit te leggen die voortkomen uit verschillende model-simulaties.

Oorzaken van veranderingen in de straalstroom ontrafeld

Door deze rekenmethoden te combineren, ontdekten de onderzoekers dat 50% van de waargenomen verschuiving in de straalstroom op het zuidelijk halfrond direct te wijten is aan de opwarming van de aarde. De andere helft wordt veroorzaakt door een combinatie van andere klimaatgerelateerde veranderingen. Deze omvatten de opwarming van de bovenste tropische atmosfeer, de versterking van de winden in de stratosfeer (dat is de tweede laag van de aarde’s atmosfeer) en de opwarming van de tropische Stille Oceaan. Hoewel sommige van deze factoren ook worden beïnvloed door antropogene klimaatverandering, zijn andere moeilijker te koppelen.

De onderzoekers ontdekten ook dat de combinatie van deze factoren verantwoordelijk is voor de waargenomen versnelling van de straalstroom. Bovendien speelt de opwarming van de aarde een rol in de windsnelheden van de straalstroom. Het team onderzoekt ook hoe deze factoren de straalstroom in andere delen van de wereld beïnvloeden, bijvoorbeeld boven de Stille Oceaan en de Atlantisch-Indische Oceaan.

“De bevindingen tonen aan hoe complex de reactie van de straalstroom op klimaatverandering is, vooral als het gaat om hoe snel de winden sterker worden,” legt Mindlin uit.

Om beter te voorspellen hoe de straalstroom zich in de nabije toekomst zou kunnen gedragen, baseerden de onderzoekers zich op numerieke klimaatmodellen. Deze modellen zijn het echter niet altijd met elkaar eens, vooral als het gaat om kortetermijng veranderingen. Als oplossing voor dit probleem vergeleken de onderzoekers de voorspellingen van de modellen met de werkelijke waarnemingen om te controleren hoe goed de modellen belangrijke delen van de klimaatpuzzel vastlegden.

Door zich te concentreren op de aspecten die de modellen nauwkeurig vastlegden, konden de onderzoekers het bereik van mogelijke toekomstige scenario’s verkleinen. Dit resulteert in betrouwbaardere voorspellingen voor de veranderingen in de straalstroom in de komende tien jaar.

Betere klimaatvoorspellingen voor de komende 10 jaar

Mindlin legt uit: “In het verleden lag de focus van het onderzoek vooral op langetermijn klimaatontwikkelingen. Recentelijk zijn echter kortetermijnontwikkelingen belangrijker geworden, omdat ze steeds relevanter zijn voor besluitvormers. De methoden die we voorstellen kunnen worden gebruikt om klimaatvoorspellingen voor de komende 10 jaar te verbeteren.”

Dit onderzoek is het resultaat van de Climate Causality-werkgroep van de Universiteit van Leipzig. Deze werkgroep doet onderzoek naar veranderingen in het klimaatsysteem en wordt geleid door Junior-Professor Dr. Marlene Kretschmer, die ook aan de studie heeft gewerkt. “Het doel van ons onderzoek is om klimaatrisico’s beter te begrijpen en de onzekerheden van regionale voorspellingen en projecties te verminderen als het gaat om extreme weer- en klimaatgebonden gebeurtenissen,” zegt Kretschmer.

Onderzoekers van de Universiteit van Reading (VK), het Forschungszentrum Jülich en de Universiteit van Buenos Aires (Argentinië) hebben ook deelgenomen aan de huidige publicatie. In de toekomst is het de bedoeling dat de werkgroep blijft werken met de combinatie van causale methoden en verhaallijnen om fenomenen zoals regionale droogtes en hittegolven beter te begrijpen.