Meer licht op de temperatuursprong van eind jaren ‘80

cnt all

 

Bron data:  KNMI

In een recent bericht  heb ik geschreven over de temperatuursprong die in ons land en in geheel West Europa heeft plaatsgevonden aan het eind van de jaren ’80 van de vorige eeuw. Die temperatuursprong bepaalt maar liefst voor ruim 2/3 de temperatuurstijging van 1,4 °C die de afgelopen eeuw in ons land heeft plaatsgevonden.

In onderstaande grafiek heb ik de op basis van de gehomogeniseerde maandgemiddelden van De Bilt de wintertemperaturen van De Bilt bepaald van 1955 t/m 2015.  Hier is de wintertemperatuur van 1955 bepaald door de gemiddelde  temperatuur van december 1955 en januari en februari 1956, enzovoort. Te zien is dat de gemiddelde wintertemperatuur van 1988-2016 bijna 2 graden hoger ligt dan in de periode 1955-1987.

de-sprong-wintertemp-de-bilt

Bron data:  KNMI

Over die sprong is al regelmatig gepubliceerd, wat heeft geleid tot een aantal hypotheses over de achterliggende klimaatmechanismen. Al deze hypothesen waren nog niet erg overtuigend.  De rol van de zogenaamde Ferrel-cel was echter nog niet goed onderzocht.

Vorig jaar is een publicatie verschenen van Kim et al in de Journal of Geophysical Research, getiteld “Possible mechanism of abrupt jump in winter surface air temperature in the late 1980s over the Northern Hemisphere” .  In deze studie nemen de onderzoekers de intensivering en uitbreiding van de meridionale circulatie onder de loep die ontstond de verschuiving van de gemiddelde wintertemperatuur in de late jaren ‘80.

Kim et al laten zien dat de sprong eind jaren ’80 niet alleen in West Europa plaats vond maar ook in Oost Azië en het ZO en Z van de USA. Hieronder drie reeksen van de wintertemperatuur in respectievelijk Seoul, Tokyo en Beijing:

jump1

Op basis van data van GISS en CRU en NCEP R1  is een beeld gemaakt van de ruimtelijke spreiding en startjaar van de temperatuursprong op het noordelijk halfrond:

jump2

De abrupte opwarming heeft zich op midden- en hogere breedte in Eurazië voornamelijk afgespeeld tussen 1986 en 1989, zoals op bovenstaande figuur te zien is. De hiervoor getoonde wintertemperatuurgrafieken kwamen na de abrupte sprong echter niet terug op het voorgaande niveau.  Die situatie duurt nu al meer dan  al meer dan 25 jaar. Geconcludeerd mag worden dat de overgangsperiode (1986-1989) op veel grotere schaal  effecten heeft gehad, die tot nu toe voortduren.

De onderzoekers wijten de temperatuursprong aan de toegenomen advectie  (aanvoer van warmte van elders) als gevolg van een toegenomen luchtdrukverschil tussen subtropen en polaire gebieden.

jump3

Op bovenstaande figuur is dat toegenomen luchtdrukverschil duidelijk te zien. Gedurende de sprong nam de luchtdruk op zeeniveau  (SLP) op gematigde breedte toe, vooral boven de noordelijke Grote Oceaan, Middellandse Zee en westelijke Atlantische Oceaan, terwijl de druk afnam op hogere breedte rond de Noordpool. In onderstaande figuur is die toename van het drukverschil op het noordelijk halfrond mooi weergegeven. De data van de sprong  (1986-1989) worden steeds vergeleken met de referentieperiode  1976-1985.

jump4

Figuur a toont een toename van de SLP van 20-35° NB,  als gevolg van een noordwaarts uitgedijde Hadley Cell.  De afgenomen SLP rond 45-50° NB is de noordwaarts verplaatste Ferrel Cell.  Tussen 60-80° NB is een afgenomen SLP in de polaire zone te zien (60-80° NB). De Hadley Cell, Ferrel Cell en Polaire Cell   Zijn grootschalige circulatiesystemen die de motor vormen van de algemene luchtcirculatie op aarde. Niet alleen zorgen ze voor transport van warmte van de tropen naar de noordelijke breedtes via de lucht, maar ze vormen ook de aandrijving van de zeestromen op aarde die de warmte op aarde herverdelen. Veranderingen van de ligging en intensiteit van deze Cells hebben direct gevolgen voor het weer en bij persistentie op het klimaat.  De grote motor zijn de Hadley Cells aan beide zijden van de evenaar, die aangedreven worden door de enorme opwarming in de tropen. Daardoor ontstaat grootschalige convectie. Bovendien is er vanwege de grote verdamping er een latente warmtestroom naar de bovenzijde van de troposfeer die de convectie nog verder aanjaagt.  De Ferrel Cell wordt gezien als een secundaire circulatie, het gevolg van de Hadley Cell en Polaire Cell.

In onderstaande figuur zijn de genoemde Cells weergegeven:

ferrel1

Bron:  wikipedia

De abrupte opwarming op gematigde breedte op het NH is het gevolg van de intensivering van de Ferrel Cell en het opschuiven ervan naar het noorden, allemaal als gevolg van het noordwaarts uitbreiden van de Hadley Cell op het NH.  De daardoor ontstane verhoging van SLP in de subtropen en afname in de polaire regio.  Daardoor stroomt er aan het oppervlak meer warme lucht van de subtropen via de gematigde zone naar het polaire gebied.

jump6

Op bovenstaande figuur zijn de veranderingen in temperatuur en windsnelheid weergegeven tijdens de sprong.  Kim et al gaan er van uit dat de zichtbare relatieve opwarming op gematigde breedte er voor gezorgd heeft dat de straalstroom langdurig verder naar het noorden is verschoven en krachtiger is geworden.  Daardoor ontstaat er een sterkere blokkade voor koude poollucht, die daardoor moeilijker de gematigde zone kan bereiken, ook in de periode na de sprong. De aanvoer van warme lucht zorgt ook voor extra smelt van sneeuwbedekking in de polaire zone en extra afsmelten van drijfijs, factoren die daardoor de persistentie van de nieuwe situatie voeden.

De publicatie van Kim et al over de sprong  past goed in de bevindingen die ik de afgelopen tijd heb gedaan over de sprong in de temperatuur.  De aanvoer van warmere lucht uit het ZW in de winter is toegenomen:

wind jan

wind feb

Ook bij het onderzoek naar veranderingen in de Grosswetterlagen was de sprong eind jaren ’80 en de persistentie van de opwarming daarna goed te zien in de GWL H en ZW.  Eerst tijdens de sprong een aanvoer van warme zuidelijke lucht tijdens een verhoogd voorkomen van het H circulatietype, gevolgd door een permanente verhoging van het ZW circulatietype, ook weer met aanvoer van warme lucht:

H

ZW

Omdat ik nieuwsgierig was of de sprong ook in de toenemende droogte in ZO Spanje traceerbaar is heb ik de neerslaggegevens van Alicante erbij genomen. Immers, een uitbreiding van de Hadley Cell naar het noorden betekent ook een verschuiving van de zone met droge, dalende lucht. In de figuur de veranderde SLP  is goed te zien dat in het Middelland Zeegebied de luchtdruk is toegenomen, gevolg van het noordwaarts verschuiven van de subtropische hogedrukgebieden die het gevolg zijn van de dalende zeer droge lucht.  Met de pijl is Alicante weergegeven.

jump3a

Dit is de meetreeks van de jaarlijkse neerslag van Alicante vanaf 1951, met trendlijnen vóór de sprong en na de sprong.

neerslag-alicante

 

Bron:  ClimateExplorer

Naar de oorzaken achter de oorzaken is het nog gissen. Kim et al hebben daar geen onderzoek naar gedaan. Lockwood schreef in 2000:  “ The climatic system is viewed as a dissipative, highly non-linear system, under non-equilibrium conditions, and, as such, should be expected to have some unusual properties. These unusual properties include bifurcation points with marked instability just before the point, magnification of semi-periodic oscillations around bifurcation points, and variations in the strength of teleconnections with distance from equilibrium…

Investigations of the properties of systems which are far from equilibrium show that they have a number of unusual properties. In particular, as the distance from equilibrium increases, they can develop complex oscillations with both chaotic and periodic characteristics. They also may show bifurcation points where the system may ‘choose’ among various regimes. Under non-equilibrium conditions, local events have repercussions throughout the whole system. These long-range correlations are at first small, but increase with distance from equilibrium, and may become infinite at bifurcation points. Some aspects of non-equilibrium systems can be found in the climatic system. On the climatological scale, it exhibits abrupt jumps in the long-term rate of temperature change, which are often associated with changes in atmospheric flow patterns. ”.

Kortom,  er is nog heel veel dat we niet weten over het klimaatsysteem.  In dat licht bezien is het alom gehoorde en gelezen begrip “klimaatneutraal”  een gotspe.