Categorie archief: Arctische gebieden

Het verband tussen klimaatverandering, de straalstroom en extreem weer

De straalstroom, een meanderende band met zeer hoge windsnelheden hoog in de atmosfeer, heeft aanzienlijke invloed op ons weer. Mogelijk verandert het gedrag van de straalstroom in het veranderende klimaat. De kans op langdurige periodes van hitte, droogte, kou of neerslag zou daardoor in sommige delen van de wereld groter kunnen worden. Klimaatonderzoekers menen dat hier aanwijzingen voor zijn, maar de wetenschappelijke discussie woedt nog volop.

Wie wel eens intercontinentaal reist weet het waarschijnlijk: een vlucht in oostelijke richting gaat vaak een stuk sneller dan een vlucht naar het westen. Dat komt door de straalstroom: een krachtige wind die met snelheden van 100 tot soms wel 400 kilometer per uur waait op grote hoogte. De straalstroom waait van west naar oost op ongeveer 10 kilometer hoogte, bovenin de onderste luchtlaag, de troposfeer. Meteorologen onderscheiden een polaire straalstroom en een subtropische straalstroom. De ligging van de polaire straalstroom is van invloed op het weer in Nederland: ligt die ten noorden van ons dan is het warm, en ligt hij in het zuiden dan is het koud. En een straalstroom die vlakbij Nederland ligt brengt depressies met regen en wind. De afbeelding boven dit artikel geeft een schematische weergave van de straalstroom; de realiteit is grilliger. Vaak zijn er flinke slingeringen en vertakkingen en meestal is de straalstroom geen gesloten band die de hele aarde omspant. Op het prachtige earth.nullschool.net is (naast heel veel anders) de actuele situatie van de straalstroom te zien.

De straalstroom is op dit moment een van de onderwerpen waar de klimaatwetenschap veel belangstelling voor heeft. Om precies te zijn: het gaat dan om de slingeringen van de straalstroom, die Rossby-golven of planetaire golven worden genoemd. Er zijn aanwijzingen dat er iets verandert in het gedrag van die Rossby-golven en dat dat invloed heeft op het weer. De Amerikaanse klimaatwetenschapper Jennifer Francis trok in 2012 nogal wat aandacht met haar publicatie hierover. Voor een webzine van Yale University schreef ze een toelichting op haar onderzoek.

Om te begrijpen wat er aan de hand is, is het nodig om te weten dat de straalstroom wordt aangedreven door het temperatuurverschil tussen de tropen en de polen. (Terzijde: ook de draaiing van de aarde speelt een grote rol.) Dat temperatuurverschil is de afgelopen decennia kleiner geworden, door een fenomeen dat arctische amplificatie wordt genoemd. Dit fenomeen werd, in zekere zin, al aan het eind van de 19e eeuw voorspeld door Svante Arrhenius. Sneeuw en ijs zijn wit. Dat betekent dat licht dat er op valt grotendeels wordt gereflecteerd. Als sneeuw en ijs door opwarming smelten, komt het daaronder liggende land- of wateroppervlak vrij, dat veel donkerder van kleur is. Zo’n donker oppervlak absorbeert absorbeert meer zonlicht, waardoor het verder opwarmt. Klimaatonderzoek heeft uitgewezen dat er ook andere factoren meespelen, en dat de realiteit dus wat ingewikkelder is, maar dat neemt niet weg dat met name het Noordpoolgebied de afgelopen decennia veel sterker is opgewarmd dan de rest van de wereld.

Lees verder

Zo veranderen een paar graden de wereld

Een klimaatterugblik vanaf 2017

Een jaartje meer of minder telt op klimaatschalen eigenlijk niet, we nemen niet voor niets een gemiddelde van 30 jaar als we over het klimaat spreken. Toch is het interessant om zo nu en dan eens terug te blikken en daarbij wat plaatjes in de vorm van grafieken te bekijken. Een soort klimaatterugblikstrip.

Mondiaal gemiddelde temperatuur

Allereerst de temperatuur. Het zal de meesten niet ontgaan zijn: de gemiddelde temperatuur op aarde scoorde in 2016 weer eens een record, voor de derde keer op een rij maar liefst. Ook de satellietwaarnemingen, die de temperatuur van hogere luchtlagen representeren, rapporteerden records. De grafiek hieronder van drie oppervlakte-temperatuurdatasets laat zien dat het (volgens de langetermijntrend) inmiddels circa 1 graad warmer is op aarde dan rond het einde van de 19e eeuw. Duidelijk is ook dat sinds circa 1970 de temperatuurstijging op de klimaatschaal van 30 jaar onverminderd doorgaat.


Lees verder

Arctische amplificatie en het verre infrarood: de ontdekking van een nieuwe feedback in het klimaatsysteem?

De kop boven dit stuk zal er geen twijfel over laten bestaan: we duiken weer eens de harde wetenschap in. Dat mag wel weer een keer, al was het alleen maar om te laten zien waar de eenentwintigste-eeuwse wetenschap nu werkelijk mee bezig is, terwijl elders op het web sommigen eindeloos blijven hangen in wetenschappelijke discussies uit de twintigste of zelfs de negentiende eeuw. Het onderwerp van dit stuk ligt in het verlengde van mijn verhaal over de stralingsbalans; de aanleiding is een artikel in PNAS dat verscheen op het moment dat ik dat verhaal bijna af had: “Far-infrared surface emissivity and climate” van Feldman et al. (een persbericht over het onderzoek is te vinden op de site van het Berkely lab).

Ik ben geen klimaatwetenschapper, ik zou mezelf ook niet zo gauw een deskundige noemen, maar ik heb in de loop der jaren wel het nodige gezien en gelezen over het onderwerp. Het gebeurt dan ook niet meer zo vaak dat ik in de wetenschappelijke literatuur iets tegenkom waar ik nog helemaal niet bij stil had gestaan. Het artikel van Feldman et al. is zo’n zeldzame eye-opener. Ook dat was een reden om er verder in te duiken en er iets over te schrijven.

Dat eigenschappen van het aardoppervlak invloed kunnen hebben op de stralingsbalans aan de top van de atmosfeer – en dus op het klimaat – is geen nieuws. De belangrijkste factor is de albedo: de mate waarin het oppervlak zonlicht direct reflecteert. Maar dat is niet het enige. Eigenschappen van het oppervlak kunnen ook een behoorlijke invloed hebben op de karakteristieken van de warmtestraling die naar de atmosfeer en uiteindelijk het heelal uitstraalt. In het stuk over de stralingsbalans van eerder deze maand beperkte ik me voor wat die uitstraling betreft tot de wet van Stefan-Boltzmann. Als eerste benadering is dat prima, en het geeft zeker een goed beeld van het principe, maar strikt genomen geldt die wet alleen voor een “zwarte straler”. Nog belangrijker: voor het precieze effect op het klimaat is niet alleen de totale hoeveelheid warmtestraling van belang, maar ook het spectrum: de verdeling over verschillende golflengtes van die straling. Voor een zwarte straler geeft de wet van Planck het spectrum. Voor echte materie kan de uitstraling behoorlijk anders zijn dan die van een zwarte straler. De werkelijke uitstraling wordt gevat in het begrip emissiviteit.

De Emissiviteit ε

Emissivity
Uit de wet van Planck volgt de hoeveelheid en het spectrum van de straling die een zwarte straler uitzendt bij een bepaalde temperatuur. Echt bestaande objecten stralen nooit “ideaal”. De werkelijke uitstraling is anders en deze kan bij geen enkele golflengte meer bedragen dan die van een zwarte straler bij dezelfde temperatuur. De emissiviteit (ε ) is de verhouding tussen werkelijk uitgezonden straling en de uitstraling van een zwarte straler bij dezelfde temperatuur, over het volledige spectrum of bij een specifieke golflengte of band van golflengtes. De emissiviteit is nooit groter dan 1.

Lees verder

Tegenpolen: waarom de Noordpool zo snel opwarmt en de Zuidpool zo traag

aa

Temperatuurtrends over 1979 – 2005 volgens NASA GISTEMP. Bron: Marshall et al 2014

Het is een bekend fenomeen voor iedereen die het klimaatnieuws volgt: terwijl het oppervlak van het zeeijs in het Noordpoolgebied (tussen alle jaren van “herstel” door, die de zelfverklaarde sceptici zien) in ras tempo afneemt, groeit het juist rond Antarctica. Dit jaar werd voor de derde keer op rij een nieuw maximum-record bereikt. Zelfs die regelmaat lijkt in contrast te staan met de grote schommelingen aan de Noordpool, maar waarschijnlijk is dat toeval. Hoe dan ook, de tegenstelling in de ontwikkeling van het zeeijs is één van de vele voorbeelden die laten zien hoe verschillend de Noord- en Zuidpool op de opwarming van het klimaatsysteem reageren. Een voorbeeld dat overigens vrij makkelijk in perspectief is te plaatsen; dat deed blogger David Appell bijvoorbeeld enkele maanden geleden aan de hand van recente metingen en onderzoeksresultaten.

aa

Trends in zee- en landijs. Bron: Quark Soup – David Appell

Onlangs gepubliceerde meetgegevens van ESA’s Cryosat-2 laten nog eens zien dat de ijsmassa op Antarctica afneemt, en dat die afname zelfs versnelt. GOCE, een andere ESA-satelliet, ziet die afname ook, door kleine verschuivingen in de zwaartekracht. Op de Noordpool is de massa-afname veel kleiner – alleen op Groenland is het waarneembaar – simpelweg omdat er veel minder landijs is.

Daarmee zijn we meteen bij het grote verschil tussen de twee polen aangekomen: de Noordpool is oceaan, voor een deel omgeven door land en Antarctica is een continent, helemaal omgeven door de oceaan. Uiteindelijk zijn vrijwel alle verschillen tussen de twee polen hier direct of indirect op terug te voeren.

Lees verder

Satellietwaarnemingen van de polen

De verandering van het klimaat is vrijwel overal in de wereld wel op één of andere manier waar te nemen, maar de effecten zijn misschien wel het grootst in de cryosfeer. Wetenschappelijk onderzoek in het Noord- en het Zuidpoolgebied levert dan ook regelmatig interessante artikelen op (en dus ook stof voor ons blog). Satellietwaarnemingen zijn een belangrijke informatiebron voor deze onderzoeken. Dat blijkt weer eens uit drie recent verschenen artikelen.

Allereerst is er “Climate trends in the Arctic as observed from space” van Josefino Comiso en Dorothy Hall, dat zoveel informatie bevat, dat elke poging om het samen te vatten tot mislukken is gedoemd. Het artikel is open access, en het laat zien hoeveel er de afgelopen decennia is veranderd in Noordpoolgebied, en in welk schokkend tempo dat gaat. Zie bijvoorbeeld de afbeelding hieronder, met temperatuurgegevens.

Comiso_Hall_2014_Figure_2

Figuur 2 van Comiso en Hall, met: (a) trend van de oppervlaktetemperatuur in de periode augustus 1981 – november 2012; (b) vergelijking van de trend op wereldschaal (zwart) met die in het Noordpoolgebied (blauw en rood); (c) t/m (g) temperatuurverloop in diverse delen van het Noordpoolgebied

Lees verder

Arctische amplificatie en albedo

Het Noordpoolgebied warmt circa 3 keer sneller op dan de wereld als geheel: de Arctische amplificatie. Deze opwarming wordt verrassend genoeg op de eerste plaats veroorzaakt door temperatuurterugkoppelingen en pas op de tweede plaats door de afname van de albedo (de ‘witheid’) in het Arctische gebied. De afname van de albedo wordt veroorzaakt door het verdwijnende zee-ijs. Deze afname is via metingen geverifieerd en komt qua energietoename voor 1979-2011 overeen met 25% van de stralingsforcering door de stijging van het CO2 gehalte in die periode.

De wereld warmt op en het Arctische gebied in het bijzonder; de temperaturen nemen in het Noordpoolgebied sneller toe dan in de rest van de wereld. Dit fenomeen wordt de Arctische amplificatie genoemd of, wat algemener, de polaire amplificatie. Onlangs zijn er over dit onderwerp enkele interessante publicaties verschenen; van Pistone, Eisenman en Ramanathan en van Pithan en Mauritsen (pdf’s hier en hier).
Ramanathan is een bekende in de klimaatwereld en wordt door blogger Science of Doom regelmatig ‘The great Ramanathan’ genoemd. Ramanathan is ook te aanschouwen in de aflevering van Klimaatjagers “India – de bruine wolk”.

Dat de temperatuur in het Arctische gebied sneller toeneemt dan de mondiale temperaturen kan iedereen zelf verifiëren door de GISTEMP ‘zonal anual means’ data te analyseren. Zie de grafiek in figuur 1, GISTEMP geeft een trend over 1970-2013 voor het Arctische gebied van +0.47 °C/decennium en voor de wereld als geheel van +0.16 °C/decennium.

Figuur 1. Een vergelijking van het verloop van mondiale en Arctische temperatuur (NASA Giss) van 1880 – 2013. De trends betreffen de periode 1970-2013.

Lees verder

Klimaatverandering in Groenland: Belangrijk voor zeespiegelstijging

Origineel verschenen op Noorderlicht/Wetenschap24. Achtergrondartikel bij de vierde aflevering van “Klimaatjagers“, zondagavond 29 sept 20:20 op Nederland 2, VPRO.

Door: Roderik van de Wal

Groenland geldt als één van de gebieden waar de klimaatverandering al duidelijk zichtbaar is. Aflevering 4 van klimaatjagers gaat daarover. Groenland was vorig jaar nog uitgebreid in het nieuws omdat op een mooie zomerdag het oppervlak van de gehele ijskap aan het smelten was, waarschijnlijk voor het eerst in minstens honderd jaar.

Groenland heeft een grote ijskap in een relatief warm klimaat. Aan de rand van de ijskap is plaatselijk de jaargemiddelde temperatuur rond de nul graden. Dat betekent dat het ijs wel moet smelten als het warmer wordt. IJs kan immers niet warmer dan nul graden worden. Dus als het klimaat verandert, moet je het daar bij uitstek kunnen zien.

Deze ijskap vertegenwoordigt een volume aan water waarmee de zeespiegel gemiddeld over de gehele oceaan een kleine zeven meter kan stijgen. De consequenties van het afsmelten als gevolg van de klimaatverandering kunnen dan ook op z’n minst verontrustend genoemd worden. Uiteraard kan dat niet gebeuren op één mooie zomerdag. Hoe snel dan wel? Dat is een vraag waarmee meer en meer wetenschappers zich bezighouden.

Een van de best onderzochte gebieden ligt aan de westrand van de Groenlandse ijskap. De Universiteit Utrecht is daar twintig jaar geleden begonnen met metingen van de afsmelting, ijsbeweging en meteorologische condities. Dat was in een tijd dat GPS de militaire ontwikkelingsfase nog maar net ontstegen was, de mobiele telefonie nog geen vlucht genomen had en satellietwaarnemingen van ijskappen nauwelijks bestonden. Achteraf gezien mag dit best een gelukkige keuze genoemd worden, want de veranderingen waren toen nog niet zichtbaar.

Lees verder