Simulaties van ‘Storyline’ kunnen de impact van klimaatverandering op extreme weersomstandigheden meten

Neerslaghoeveelheden door storm “Boris” van 12 tot 16 september 2024.

Enkele weken geleden leidde de enorme neerslag veroorzaakt door storm “Boris” tot chaos en overstromingen in Centraal- en Oost-Europa. Een analyse uitgevoerd door het Alfred Wegener Instituut toont aan dat in een wereld zonder het huidige niveau van de opwarming van de aarde, Boris ongeveer 9% minder regen zou hebben gebracht.

Deze conclusies zijn mogelijk dankzij een nieuwe modelleerbenadering genaamd “verhaallijnen.” Hoe dit in bijna real-time kan worden toegepast, wordt gepresenteerd in Communications Earth & Environment. Tegelijkertijd heeft het AWI-team een vrij beschikbare online tool gelanceerd waarmee gebruikers de vingerafdrukken van klimaatverandering in actuele extreme weersomstandigheden kunnen identificeren en hun eigen vergelijkingsgrafieken kunnen maken.

In het midden van september veroorzaakte storm “Boris” stortregens en extreme overstromingen in Polen, Tsjechië, Oostenrijk en Roemenië. In veel van de getroffen regio’s was het een van de hoogste neerslaghoeveelheden ooit geregistreerd in een periode van vijf dagen. Er vielen minstens 27 doden en talloze gezinnen werden gedwongen hun huizen te verlaten.

Inmiddels is de situatie verbeterd en zijn de opruimwerkzaamheden in volle gang. Maar al zijn er zorgen over de volgende weersextremen, dit keer in Spanje. Steeds weer rijst in het publieke, politieke en mediafora de centrale vraag: is de ramp veroorzaakt door de wereldwijde klimaatverandering?

“De afgelopen jaren heeft de wetenschap robuuste antwoorden kunnen geven op deze absoluut legitieme vraag,” zegt hoofdauteur Dr. Marylou Athanase, een fysicus in de Klimaatdynamica-afdeling van het Alfred Wegener Instituut.

“Al binnen een of twee weken na een gegeven gebeurtenis kunnen zogenaamde probabilistische toeschrijvingsstudies worden gebruikt om initiële conclusies te trekken over hoe veel waarschijnlijker de gebeurtenis was door klimaatverandering.”

Het enige probleem: waarschijnlijkheden zijn vaak wat abstract, vooral wanneer ze botsen met concrete en uitzonderlijke gebeurtenissen uit de echte wereld. Wat betreft externe communicatie – met het publiek en besluitvormers – heeft de wetenschappelijke gemeenschap nooit een tool gehad die de invloed van wereldwijde klimaatverandering op het lokale weer op een indrukwekkende maar begrijpelijke manier kon tonen.

“Daarom hebben wij bij het AWI hard gewerkt aan een totaal nieuwe benadering – de ‘verhaallijn’-methode,” legt Dr. Antonio Sánchez-Benítez uit, een medefysicus in de Klimaatdynamica-afdeling en mede-hoofdauteur van de studie.

“In wezen passen we het ‘wat als?’ principe toe. Hoe zou een gegeven ramp eruitzien in een wereld zonder klimaatverandering? En hoe in een klimaat dat nog warmer was? Door de hypothetische scenario’s te vergelijken met de realiteit, kunnen we heel duidelijk de vingerafdrukken van klimaatverandering identificeren – en niet alleen voor extreme weersomstandigheden, maar ook voor het dagelijkse weer.”

Met storm Boris als voorbeeld hebben de AWI-experts nu aangetoond wat de nieuwe aanpak kan doen. Een vergelijking van de scenario’s laat zien: zonder de opwarming van de aarde zou Boris ongeveer 9% minder regen hebben gebracht.

In werkelijkheid kon de storm op weg van de oostelijke Middellandse Zee en de Zwarte Zee naar Centraal-Europa echter in intensiteit toenemen omdat het water ongeveer twee graden Celsius warmer was dan pre-industriële niveaus, wat betekende dat er een correspondingly hoger percentage waterdamp in de lucht boven de regio was.

Hoewel 9% misschien niet veel lijkt, draait het bij de gevolgen van zware regen altijd om hoeveel water zich op het oppervlak verzamelt en waar het naartoe gaat – kan een rivier, een dam of een rioleringssysteem het vasthouden, of stroomt het over en veroorzaakt het enorme schade?

Maar hoe hebben de experts het voor elkaar gekregen om klimaatmodel-gebaseerde simulaties, die voornamelijk zijn ontworpen voor langetermijntrends, te verbinden met het daadwerkelijke lokale weer? “Een belangrijk aspect is wat bekend staat als ‘nudging’,” legt Dr. Helge Gößling uit, een klimaatfysicus en teamleider van het verhaallijnonderzoek aan het AWI.

“Klimaatmodellen simuleren normaal gesproken een specifieke, quasi-willekeurige reeks weercondities, die consistent zijn met de natuurwetten waarop hun programmering is gebaseerd. Om verschillen in het klimaat te identificeren, moet je zien of de gemiddelde waarden en verdelingen in de loop van een lange periode veranderen met een overeenkomstig groot aantal weersomstandigheden.”

“Evenzo hebben de gesimuleerde omstandigheden in weer modellen na een paar weken heel weinig te maken met de realiteit; het daadwerkelijke weer kan slechts in beperkte mate worden voorspeld. Met de ‘nudging’ geven we het model daadwerkelijk waargenomen windgegevens, inclusief fenomenen zoals de straalstroom, en duwen we het model een beetje in de richting van de daadwerkelijk waargenomen wind. Op deze manier kunnen we het echte weer in het echte klimaat nauwkeurig reproduceren.”

“Vervolgens veranderen we het achtergrondklimaat van het model, bijvoorbeeld naar een wereld die niet door klimaatverandering is aangetast door de concentraties van broeikasgassen te verlagen en andere aspecten aan te passen, en herhalen we het experiment.”

Het gebruikte model is de CMIP6-versie van het AWI-klimaatmodel, dat ook deel uitmaakte van de basisgegevens voor het zesde beoordelingsrapport van het IPCC. De windgegevens die aan het model zijn gevoed, komen van de ERA5-heranalyse, geproduceerd door het Europees Centrum voor Middellange Termijn Weersvoorspellingen (ECMWF).

“We hebben het systeem inmiddels geautomatiseerd tot het punt waarop dagelijkse analyses van het huidige weer worden uitgevoerd op de supercomputer van het Duitse Klimaatcomputercentrum (DKRZ),” zegt Marylou Athanase.

“De gegevens worden vervolgens overgedragen aan een online tool die op de servers van het AWI draait en vrij toegankelijk is voor iedereen. De analyses worden met een vertraging van drie dagen op ‘real-time’ uitgevoerd, waarna ze online beschikbaar zijn.”

“Als resultaat kunnen geïnteresseerde gebruikers zich op elk moment aanmelden om het ‘Klimaatveranderingssignaal van de Dag’ voor extreme en dagelijks weer te zien, wereldwijd en in bijna real-time, in de vorm van interactieve kaarten en tijdlijnen, hoewel voorlopig alleen gegevens over temperatuur en neerslag vanaf 1 januari 2024 beschikbaar zijn.”

“Ons doel is om een beter begrip te bevorderen van de verbanden tussen klimaatverandering en extreme weersomstandigheden, en om concrete en tijdige antwoorden te leveren die ook kunnen worden gebruikt in de media-aandacht voor deze gebeurtenissen.”