Rivieren in de lucht: de opwarming van de Arctis en de impact op het Groenlandse ijskap

Atmosferische rivieren: grote weer systemen die steeds vaker in het nieuws komen. Wanneer ze in satellietbeelden worden bekeken, zien ze eruit als rivieren in de lucht. Hoewel ze vaak worden gerapporteerd in gebieden zoals Californië, hebben deze weersystemen het potentieel om hoge temperaturen te brengen en enorme hoeveelheden neerslag te dumpen op gebieden in de gematigde en hoge breedtegraden.

Een team van onderzoekers, waaronder Clay Tabor, universitair hoofddocent aardwetenschappen aan de UConn, en Ph.D. student Joseph Schnaubelt, heeft onderzocht hoe atmosferische rivieren in het verleden invloed hadden op de Groenlandse ijskap om beter te begrijpen hoe deze weersystemen mogelijk de smelting in het Arctische gebied kunnen versnellen nu het klimaat blijft opwarmen. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in AGU Advances.

Een belangrijke vraag waar paleoklimatologen zoals Schnaubelt en Tabor mee bezig zijn, is hoe het Arctische gebied zal reageren op klimaatverandering. Ze richtten zich op een periode in het verleden, de Laatste Interglaciaal, die zich tussen 130.000 en 115.000 jaar geleden bevond. “De aarde doorloopt ijstijden, en de Laatste Interglaciaal was de laatste keer dat het Arctische gebied warmer was dan nu,” zegt Schnaubelt. “We weten dat we die kant op gaan, en we wilden zien hoe atmosferische rivieren de Groenlandse ijskap beïnvloedden.”

Tabor legt uit dat atmosferische rivieren op verschillende manieren invloed kunnen uitoefenen. Enerzijds kunnen ze leiden tot een grotere accumulatie van de ijskap door enorme hoeveelheden sneeuw te brengen, maar anderzijds kunnen ze ook meer warmte naar de regio brengen, wat leidt tot verhoogde neerslag en smelting van de ijskappen. Deze nuances zijn belangrijk om te verduidelijken, omdat smeltende ijskappen bijdragen aan de stijging van de zeespiegel.

Voor deze studie analyseerden de onderzoekers gegevens van een simulatie van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) die de hele Laatste Interglaciaal beslaat en de onderzoekers in staat stelt te karakteriseren hoe deze stormen reageerden op verschillende variabelen, met name de baanverandering van de aarde. De helling van de aarde en de vorm van haar baan rond de zon kunnen een significante impact hebben op het wereldklimaat, vooral op de temperaturen.

“We ontdekten dat tijdens periodes waarin de baanconfiguratie het Arctische gebied het warmst maakte, we meer zomerse stormen zagen die de ijskap beïnvloedden,” zegt Schnaubelt. “Dat is zorgwekkend voor de toekomst, omdat we weten dat het Arctische gebied warmer wordt, we kunnen verwachten dat er meer zomerse stormen komen, en wanneer dit gebeurt, zien we meer smelting van de ijskap.”

Schnaubelt merkt op dat een andere belangrijke bevinding is dat hoogte een belangrijke factor is in hoe atmosferische rivieren de ijskap beïnvloeden. Op lagere hoogtes valt neerslag vaak als regen, terwijl op hogere hoogtes stormen omhoog stijgen, afkoelen en neerslag als sneeuw valt. Naarmate de ijskap smelt en er hoogteverlies optreedt, kan dit leiden tot verhoogde smelting door atmosferische rivieren.

“De simulatie die we gebruikten is geweldig omdat het een volledig interactieve koppeling had tussen de ijskap, de oceaan en de atmosfeer,” zegt Schnaubelt. “Voor de analyse van de stormen gebruikten we twee verschillende algoritmes, ook van verschillende samenwerkingspartners. We noemen ze feature detection algorithms, maar we hebben deze grote dataset nodig en we moeten iets hebben dat deze stormen voor ons kan traceren.”

Dankzij de simulatie konden de onderzoekers elke zes uur individuele stormen bekijken, wat zeldzaam is, aangezien de meeste paleoklimatologische studies zich richten op jaarlijkse of seizoensgebonden gemiddelde gegevens. “We begrijpen het weer dat de klimatologische veranderingen aandrijft. Ik denk dat dit veel helpt om het onderzoek te verbinden met toekomstige klimaatverandering. Wanneer we het hebben over 1° opwarming, wordt het soms onderschat omdat mensen zeggen dat het geen groot probleem is,” zegt Tabor.

“Waarschijnlijk verandert 1° op zichzelf weinig, maar we zien veranderingen in de verdeling van extremen. Deze atmosferische rivieren zijn extreme weersfenomenen. Het vermogen om dat in het verleden vast te leggen is belangrijk om de toekomst in context te plaatsen en de impact op de levens van mensen.” Schnaubelt voegt eraan toe dat de 1° opwarming de reden is waarom paleoklimaatonderzoek zo belangrijk is. Hoewel de gemiddelde wereldtemperatuur misschien slechts met 1° of 1,5° is gestegen, hebben sommige gebieden zoals het Arctische gebied een opwarming van 3° tot 5° ervaren, wat resulteerde in een zeespiegelstijging van 6 tot 9 meter.

Dit scenario is geen exacte vergelijking met vandaag de dag, zegt Tabor, grotendeels vanwege de verschillen in baan effecten tussen nu en de Laatste Interglaciaal; er zijn echter veel overeenkomsten. “Ik denk dat de zorg is dat er misschien meer overeenkomsten zijn dan we zouden willen toegeven met een kleine hoeveelheid opwarming, en hoe dat de zeespiegel en wereldwijde patronen kan beïnvloeden,” zegt Tabor.

De onderzoekers zagen het grootste smelt signaal door atmosferische rivieren vroeg in de Laatste Interglaciaal, toen het Arctische gebied op zijn warmst was, maar de timing voor het minimum van de ijskap achterbleef toen ze het meeste verlies van de ijskap zagen. Dit benadrukt een belangrijk aspect van ijskappen, namelijk dat ze reageren op signalen over zeer lange tijdsperioden. “De ijskappen krijgen sommige van deze smelt signalen vroeg in het proces, en ze blijven smelten, zelfs als het klimaat weer koeler begint te worden,” zegt Tabor.

“In simulaties van toekomstige klimaatverandering zien we vergelijkbare situaties waarin zelfs als we stoppen met het uitstoten van CO2, de ijskappen nog steeds uit balans zijn. Het zal duizenden jaren duren voordat de ijskappen reageren op dat signaal.” Het begrijpen van deze nuances en trends vereist meer studies zoals deze, die mogelijk zijn gemaakt door een enorme gemeenschapsbron in het NCAR-simulatieproject, waarvoor Tabor zegt dat het belang van federaal gefinancierd onderzoek onderstreept wordt.

“Het is belangrijk om deze projecten te blijven ondersteunen die aanvankelijk misschien lijken op een hoge initiële kost en inspanning, maar waar nog steeds veel belangrijke wetenschap uit voortkomt, inclusief deze studie.”