Studie verklaart veranderende intensiteit van stormen door opwarming van de aarde

De afgelopen 30 jaar werd er veel tijd en talent van experts op vlak van wetenschap, technologie en beleidsmakers geïnvesteerd in het verstaan van de invloed van de mens op het klimaat en op de veranderingen ervan. En voornamelijk in de veranderingen die de afgelopen decennia hebben plaatsgevonden. Dit werd gedaan uit voorzorg om uiteindelijk de mens te gaan beschermen tegen zichzelf. Want uiteindelijk, wanneer de mens een te grote invloed op het klimaat op aarde gaat uitoefenen zal hij er zelf de prijs voor moeten betalen. Men is zich zorgen beginnen maken over deze zaak omdat men een aantal veranderingen constateerde in de samenstelling van onze atmosfeer. Uiteraard gaat het hier over het toenemende aandeel van de broeikasgassen in onze atmosfeer. Het effect van de aanwezigheid van de broeikasgassen in onze atmosfeer is al een hele tijd gekend en wordt het broeikaseffect genoemd. Het broeikaseffect is het globale effect dat ontstaat ten gevolge van de aanwezigheid van broeikasgassen in de atmosfeer. Deze gassen zorgen ervoor dat de temperatuur van het aardoppervlak hoger ligt wat verwacht kan worden op grond van de combinatie van warmte-instraling van de zon en de interne aardwarmte. Zonder het broeikaseffect - en dus alleen verwarming van het aardoppervlak door zonlicht en aardwarmte - zou de temperatuur op aarde gemiddeld -18°C zijn. Maar door de aanwezigheid van de broeikasgassen in de atmosfeer is de gemiddelde temperatuur op aarde 15°C.

De broeikasgassen zijn hiertoe in staat doordat zij de eigenschap hebben om een welbepaald spectrum golflengtes van elektromagnetische stralingen te absorberen en te weerkaatsten. De golflengte of de frequentie van elektromagnetische straling kan sterk verschillen. En de elektromagnetische straling afkomstig van de zon bevat golven met een breed spectrum aan golflengtes. Dit spectrum bevat korte golflengtes - 0,2 tot 0,4 micrometer - dit zijn de zogenaamde ultraviolet (UV) stralen. Daarnaast zijn er de golven met een langere golflengte - 0,4 tot 0,8 micrometer - dit is het zichtbaar licht. En zijn er ook nog de golven met een grote golflengte - > 0,8 micrometer - dit is het zogenaamd infrarood (IR) licht. En de atmosfeer rond de aarde is voor de ene frequentie van het spectrum van het zonlicht transparant terwijl het dat niet is voor andere frequenties van het spectrum. Het al dan niet transparant zijn van de atmosfeer voor die bepaalde frequenties is te wijten aan de aanwezigheid van broeikasgassen. De frequenties, waarvoor de atmosfeer nagenoeg transparant is, zijn de frequenties van het ultraviolette licht en van het zichtbaar licht. Maar stralen waarvan de frequentie in het infrarode spectrum ligt worden grotendeels weerkaatst door de atmosfeer en specifiek door de broeikasgassen in de atmosfeer.

Zonlicht bevat zowel UV, zichtbare en IR straling maar de fracties van deze drie soorten stralingen zijn niet even groot. Namelijk is de fractie zichtbaar licht veel groter dan de fractie van de twee andere soorten stralingen van het zonlicht. De tweede grootste fractie is die van de IR straling en dus is de kleinste fractie die van het UV straling. Van het invallende zonlicht wordt de fracties UV en zichtbare straling in vrij beperkte mate weerkaatste in vergelijking met de fractie IR straling. De IR stralen botsen op de aanwezige broeikasgassen en worden terug weerkaatst in de ruimte. En dus bereikt maar een kleine hoeveelheid van de invallende IR stralen het aardoppervlak. En een veel groter deel van de UV en zichtbare straling bereikt wel het aardoppervlak. Op het aardoppervlak wordt een gedeelte van de UV en de zichtbare straling, door chemische en biologische processen, omgezet in warmte of dus thermische energie. Een deel van deze warmte, afkomstig van de UV en de zichtbare straling, wordt dan terug uitgestraald in de atmosfeer. En de warmtestraling is straling met een relatief lange golflengte en dus IR straling. Indien de atmosfeer volledig transparant zou zijn voor alle golflengtes van elektromagnetische straling dan zou al deze IR straling terug de ruimte in gestraald worden. Maar dit is niet het geval want de IR straling met hun lange golflengtes worden in een veel sterkere mate geabsorbeerd en weerkaatst dan de straling met kortere golflengtes. De uitgestraalde IR straling wordt dus geabsorbeerd door de aanwezige broeikasgassen in de atmosfeer en terug uitstraalt naar het aardoppervlak. Deze uitgestraalde warmte blijft dus door de broeikasgassen rond de aarde hangen. En het netto-effect is dus dat de temperatuur hoger is door de aanwezig van de broeikasgassen.

En dus hoe groter het aandeel van de broeikasgassen in onze atmosfeer, hoe sterker de IR stralingen weerkaatst worden. En hoe sterker de IR stralingen weerkaatst worden, hoe meer de uitgestraalde warmte rond de aarde blijft hangen aangezien de broeikasgassen beletten dat het terug in de ruimte gestraald wordt. Deze broeikasgassen is niet één enkele soort gas maar omvat een hele verzameling gassen en het ene gas vertoont sterker die gedrag dat leidt tot het broeikaseffect dan andere gassen. De onderliggende chemie en fysica van hoe broeikasgassen IR straling absorberen en daarna terug gaan uitstralen is vrij complex. Maar in het algemeen komt het er dus op neer dat de concentratie van deze broeikasgassen in de atmosfeer een indicator is voor in welke mate de IR stralen tegengehouden worden. CO2 is één van deze broeikasgassen en momenteel vertoont de concentratie aan CO2 in de atmosfeer de meest problematische toename. Rond 1750 was de concentratie aan CO2 in de atmosfeer zo'n 275 parts per million. In 2010 is de concentratie aan CO2 sterk toegenomen tot zo'n 338 parts per million. En de aanwezigheid van deze extra hoeveelheid CO2 in de atmosfeer, zou dus volgens de theorie achter het broeikaseffect moeten leiden tot een toename van de temperatuur op aarde. En uit de metingen van de temperatuur blijkt dit in grote lijnen ook het geval te zijn.

De temperatuurstijging op aarde is één ding maar wat heeft dit als gevolg voor het leven op aarde? Het antwoord hierop is vrij complex, namelijk doordat de temperatuur op heel veel zaken op aarde een rol speelt. En bij vele van deze zaken waarop de temperatuur op aarde een rol speelt is er ook een soort van terugkoppeling. Of anders gezegd oefenen deze zaken, op hun beurt ook een invloed uit op de temperatuur op aarde. En dus een volledig correct en nauwkeurig antwoord te kunnen geven moet men rekeningen houden met al deze verschillende zaken en moet men op de hoogte zijn op de mate waarin het effect en de terugkoppeling en rol speelt. Het is overduidelijk dat één van deze zaken waarop de temperatuur een invloed uitoefent de weersystemen zijn op aarde. Vele wetenschappers hebben deze invloed al in aandacht bestudeert en onderzocht. Een van deze dergelijke studies werd uitgevoerd door wetenschappers van MIT. En hun conclusie was dat de weersystemen in het noordelijk halfrond een andere verandering zal ondergaan dan het zuidelijk halfrond bij de verdere opwarming van de aarde. Volgens hun analyse zal de opwarming de beschikbaarheid van de energie die aanleiding geeft krachtige stormen die plaatsvinden buiten de tropen, of de grootschalige weersystemen bij de middelste breedtegraden van de aarde. De uiteindelijk veranderingen zijn afhankelijk van het halfrond en het seizoen.

Zo zullen er meer intensere stormen plaatsvinden door het jaar heen in het zuidelijke halfrond en in het noordelijk halfrond zullen de veranderingen seizoensgebonden zijn. Namelijk zullen daar de winters stormachtiger zijn dan voordien en de zomers juist tegengesteld, zullen er zich minder krachtigere stormen voordoen. De veranderingen ten noorden en ten zuiden van de evenaar verschillend zijn ondanks dat in allebei de gebieden de temperatuur en de vochtigheid er zal toenemen ten gevolge van het versterkt broeikaseffect. Deze studie stelde vast dat dit het geval zal zijn en dat de oorzaak hiervan teruggevonden kan worden bij het feit dat niet alle extra energie in de atmosfeer beschikbaar zal zijn om dergelijke krachtige stormen te veroorzaken. Maar dat deze beschikbaarheid afhankelijk is van het halfrond en het seizoen. Wanneer er zich minder krachtige stormen gaan voordoen tijdens de zomer in het noordelijk halfrond zou dit leiden tot een grotere luchtvervuiling aangezien er minder beweging van lucht is in de luchtlagen. Doordat er minder beweging van lucht is, zullen verontreinigingen zich sneller gaan opbouwen tot grotere concentraties. Langs de andere kant zou de meer intensere stormen in het zuidelijke halfrond zorgen voor sterkere wind over de Atlantische Oceaan. En deze hogere windsnelheid zou dan op zijn beurt een impact gaan hebben op de oceaancirculatie. En omdat de oceaancirculatie de verdeling van warmte over de verschillende oceanen regelt, zou ook zorgen voor verdere veranderingen van het klimaat.

Deze studie werd uitgevoerd onder leiding van Paul O'Gorman en zijn team analyseerden data over de wind in de atmosfeer over een periode van 1981 tot 2000. Hieruit stelde hij allereerst vast dat de beschikbaar energie voor krachtige stromen verschilt van seizoen tot seizoen. Namelijk is deze beschikbaar energie veel groter in de winterperiode dan in de zomer. En deze vaststelling kan ook waargenomen worden in het huidige klimaat. En hierdoor was O'Gorman ervan overtuigd dat de beschikbaarheid van deze energie bruikbaar zou zijn voor de simulaties voor de klimaat veranderingen in de toekomst. Nadat hij deze simulaties analyseerde stelde hij vast dat de beschikbaarheid van deze energie in verband kon gebracht worden met de verandering van de temperatuur en de intensiteit van de stormen die zich voordoen. Maar deze zaken zijn ook afhankelijk van het halfrond en van het seizoen en daardoor moet de invloed ook verschillend zijn in de twee halfronden en over de vier seizoen. En hij stelde namelijk van dat in het zuidelijk halfrond de grotere beschikbaarheid van deze energie ertoe leidt dat er meer intensere stormen zich gaan voordoen. En dat in het noordelijk halfrond deze beschikbaarheid van energie enkel in de winter groter is en in zomer is deze beschikbaarheid dan minder groot. En deze vaststelling sluit aan met wat eerder al gekend is over het voordoen van dergelijke stormen, namelijk dat dit afhankelijk is van waar in de atmosfeer zich de opwarming plaatsvindt. Namelijk wanneer de opwarming in het lagere gedeelte van de atmosfeer het grootst is dan zullen de stormen intenser zijn. Maar wanneer de opwarming in het hogere gedeelte van de atmosfeer het grootst is dan zullen de stormen minder sterk zijn.

Deze analyse zegt dus dat de opwarming van de aarde zal leiden tot veranderingen in het optreden van sterke en minder sterke stormen maar in welke mate dit het geval zal zijn is een heel stuk moeilijker te zeggen. Dit komt doordat dit nog met een groot aantal andere factoren in verband staat. En dus is die relatie ook van belang om de graad van deze veranderingen te kunnen definiëren. Daarnaast is er wel nog geen zekerheid over een eventuele terugkoppeling, namelijk dat de intensiteit van de stormen die zich voordoen een invloed uitoefent op de temperatuur. Maar door dit onderzoek weet men nu dus duidelijk dat en hoe het verband tussen de temperatuur en de intensiteit van de stormen in elkaar zit. En dit kan men dus gaan gebruiken als een bijkomende indicator in observaties en is er nu dus meer kennis over een stukje van de grote puzzel rond de klimaatverandering.

Geschreven door Emile Glorieux, Bron [web.mit]