Dit is deel vier in een serie van zeven artikelen over kantelpunten in klimaatverandering. In dit artikel kijken we naar de effecten op klimaatverandering door veranderingen in de straalstromen.
De invloed van de mens op de gemiddelde temperatuur is pas te zien vanaf de industriële revolutie, maar wordt de laatste tijd steeds duidelijker. In de periode tussen 1900 en 1970 verliep de stijging nog met 0,0067 graad per jaar. Tussen 1970 en 2000 ging het met 0,02 graad per jaar en daarna met 0,025 graad per jaar. Het gaat nu dus al bijna 4 keer zo snel als rond 1900. Toch loopt ook die versnelling nog achter bij de stijgende concentratie broeikasgassen.
Uitgedrukt in CO2 equivalenten verliep die concentratie tussen 1900 en 1970 van 300 naar 350 ppm. Gemiddeld over de 70 jarige periode waarin we ons nog geen zorgen maakten, was dat 50 ppm boven het pré-industriële niveau van 275 ppm.. Inmiddels is de concentratie CO2 equivalenten gestegen naar 500 ppm. Gemiddeld over de periode sinds 2000 tot 2020 is dat al 9 keer zo veel boven het pré-industriële niveau als in de eerste periode na 1900.
Omdat de concentratie broeikasgassen veel harder stijgt dan de temperatuur, is er dus geen reden om aan te nemen dat er nog andere versnellende factoren in het spel zou zijn. Indien de stijging met gelijk tempo doorgaat, hebben we over 20 jaar de 1,5 graden al bereikt. Het zal echter nog wat sneller gaan omdat zelfs bij een zeer optimistisch scenario voor de transitie naar duurzame energie de concentratie broeikasgassen voorlopig nog blijft stijgen. Daardoor is het waarschijnlijker dat we al binnen 15 jaar die 1,5 graad bereikt zullen hebben. Bovendien is te verwachten dat er in de nabije periode wel degelijk al diverse positieve terugkoppelingen van de opwarming gaan meespelen
Gemiddelde geeft vertekend beeld
Een gemiddelde temperatuurverhoging van 1,5 graad lijkt niet zo erg, en misschien is het soms wel lekker, maar het geeft eigenlijk helemaal geen goed beeld van de ernst van de situatie .
Om te beginnen is de temperatuurstijging helemaal niet gelijkmatig over de aarde verdeeld. Zo verloopt de opwarming in het arctische gebied 2 tot 3 keer sneller dan op de evenaar. De opwarming verloopt ook niet gelijkmatig in de tijd. Er kunnen bij een gemiddelde van één graad over het jaar ook periodes voorkomen van 40 dagen met bijvoorbeeld 10 graden hoger dan gemiddeld. In sommige gebieden worden steeds vaker temperaturen tot 50 graden gemeten en in steeds meer grote steden zonder bomen en met veel steenmassa loopt de temperatuur tijdens hittegolven op tot 45 graden.
De grens van leefbaarheid bereikt
Als de gemiddelde temperatuur op aarde nog één graad stijgt, kan in veel gebieden het aantal dagen per jaar dat de temperatuur boven de 35 graden komt verdubbelen. Dat is helemaal niet zo lekker. De grens waarbij mensen kunnen blijven leven ligt tussen 40 en 45 graden zodat men in diverse steden al volledig afhankelijk is geworden van airconditioning. Zonder die luxe stijgen de sterftecijfers bij een hittegolf.
Extreem warme periodes gaan meestal gepaard met grote droogte en als die periodes langer duren, is die combinatie dodelijk voor bijna alle vegetaties en zeker voor voedselgewassen. Alleen een aangepaste woestijnvegetatie, waarin geen plaats is voor mensen, kan dit overleven. Een plant of dier kan maar één keer doodgaan, dus het effect van één lange hittegolf per jaar kan net zo erg zijn als het effect van die hoge temperatuur voor het hele jaar en is in ieder geval veel groter dan men op grond van een gemiddelde temperatuurverhoging van 1 à 2 graden zou verwachten.
Graangewassen groeien slechter als tijdens het groeiseizoen de temperaturen boven de 30 graden komen en bij 40 graden is er helemaal geen opbrengst meer. Het zijn dus juist die extremen die ons zorgen baren en daarom is het mechanisme waardoor juist de extremen zo sterk toenemen de laatste jaren extra goed onderzocht.
De straalstromen veranderen
Warme en vochtige lucht van de evenaar stijgt op tot ongeveer 10 km hoogte, koelt af en verplaatst zich naar de koudere polen.
Original: National Weather Service JetStreamVector: Sleske – Own work based on: Jetcrosssection.jpg, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=75169357
Op 60 graden noorderbreedte verplaatst een punt op de roterende aarde zich met ruim 1000 km per uur. De hogere luchtlagen blijven daarbij achter zodat het lijkt of de lucht rondom de aarde circuleert. In deze zogenaamde straalstromen (jetstreams) kan de windsnelheid tot wel 400 km per uur oplopen. Straalstromen zijn al lang bekend vanuit de luchtvaart, want ze veroorzaken een groot verschil in vliegtijd tussen de heen en terugreis van Europa naar de VS.
Voorheen bestond er een min of meer stabiele circulatie waarbij een polaire vortex de polaire lucht isoleerde van de subpolaire en subtropische gordels. Dit gold zowel voor het noordelijk als het zuidelijk halfrond. Omdat de polaire gebieden veel sneller opwarmen dan de evenaar is het temperatuurverschil tussen polen en evenaar aanzienlijk kleiner geworden. Dit temperatuurverschil is de drijvende kracht voor enorme luchtverplaatsing en als gevolg zijn de luchtmassa’s en daardoor de snelheden van de straalstromen sterk vertraagd.
Het gevolg is een sterk meanderende stroming met grote lussen. Via die lussen komt regelmatig polaire lucht tot in de subtropische gebieden en omgekeerd tropische lucht naar de polaire gebieden. De sterker meanderende straalstromen met veel grotere lussen zijn vooral in de zomer en op het noordelijk halfrond goed merkbaar. De polaire vortex in het zuidelijk halfrond verloopt nog steeds wel min of meer als een cirkel rondom Antarctica en sluit daarom de polaire lucht als het ware in.
Het blijkt nu dat door de positie van de continenten en de warme golfstromingen die lussen vrij lang op ongeveer dezelfde plaats kunnen blijven hangen, waardoor de warme en koude periodes onder die lussen langduriger zijn geworden. Een veelvoorkomend patroon boven de VS is een lus naar het noorden vanuit Californië en een lus naar het zuiden vanuit Groenland richting Florida. Dit brengt dan langdurige droogte in Californië zowel als extreme sneeuwval in het oosten van de VS.
jetstreams – bron: wikipedia
Boven de Atlantische oceaan voor de kust van de VS ligt dan weer een lus naar het noorden en boven west Europa weer een lus naar het zuiden. Verder naar het Oosten gaat dan weer een lus naar het Noorden richting Siberië waarmee de langdurige hittegolven in Siberië in de laatste jaren zijn te verklaren.
Onder een lus naar het noorden bevindt zich warme mediterrane lucht, terwijl zich onder een lus naar het zuiden polaire lucht bevindt. Langs de grenzen van de lussen ontstaan dus grote temperatuurverschillen en verschillen in luchtdruk en dus ook wind op veel lagere hoogte dan de straalstroom. Dit globale patroon van de straalstromen is weliswaar betrekkelijk stabiel en verandert soms wekenlang maar weinig, maar op een grovere tijdschaal is de positie steeds weer anders. Na enige tijd breken de lussen op tot afzonderlijke delen of zelfs tot cirkelvormige patronen zodat de oorspronkelijke lussen niet meer zichtbaar zijn. Dank zij geavanceerde technieken kan men tegenwoordig het verloop van de straalstromen in beeld brengen en op de website netweather.tv is dit per uur te bekijken.
Gevolgen van de veranderde straalstromen
De positie van lussen in de straalstromen heeft grote invloed op de temperatuur van de onderliggende luchtlagen en daardoor op de positie van hoge en lage luchtdrukgebieden. Warme lucht zet uit, maar omdat er geen deksel op de hemel zit, geeft dit geen drukverhoging maar een drukverlaging. In de gebieden met koude lucht is de lucht zwaarder dus de druk hoger en daardoor zal er lucht van een koud gebied naar een warm gebied stromen.
Doordat de temperatuur van de oceanen warmer is geworden bevat de warme lucht meer waterdamp. Bij het binnenstromen van koude lucht condenseert dit vocht tot ijs en regen. De warme gebieden met een lage luchtdruk lopen dus vol met koude lucht en daardoor ontstaat bewolking.
Deze luchtverplaatsingen worden sterk beïnvloed door de rotatie van de aarde waardoor de karakteristieke draaikolk achtige patronen van fronten ontstaan. Dit is niets nieuws, maar door het sterker meanderen van de straalstromen en de hogere luchtvochtigheid geven de regenbuien niet alleen meer neerslag, maar blijven de buien ook langer boven een gebied hangen. Omgekeerd zijn er ook meer en grotere gebieden met een hoge luchtdruk waar vrijwel geen bewolking in ontstaat zodat er ook weinig neerslag uit komt.
De verandering van de straalstromen heeft er dus toe geleid dat het klimaat gekenmerkt wordt door veel sterkere en langduriger hittegolven, langere droogteperiodes en zwaardere buien Dit betekent op zichzelf echter niet dat er een positieve terugkoppeling door ontstaat voor de totale opwarming der aarde.
Dat is wel het geval als het Arctisch gebied veel meer warme lucht ontvangt via de lussen vanuit California en vanuit de westzijde van de Atlantische oceaan. Bovendien gaat er meer koude lucht vanuit het Arctisch gebied naar het zuiden. De opwarming van het Arctisch gebied verloopt daardoor sneller. Doordat dit gebied sneller opwarmt dan gebieden rond de evenaar, nemen de straalstromen nog verder in snelheid af en is de cirkel voor versterking weer rond.
Een andere positieve terugkoppeling ontstaat doordat er vanwege de veranderde straalstromen meer lange droogteperiodes en hittegolven ontstaan waardoor er meer dood en droog hout in de bossen ligt en deze bossen sneller kunnen gaan branden.
De laatste jaren zijn er behalve de door mensen aangestoken bosbranden in Brazilië en Indonesië dan ook steeds meer zeer grote bosbranden in Californië, Siberië, Australië en Zuid Europa. Alleen al de hevige branden in Siberië van 2019 en 2020 hebben per jaar ruim 200 Mt CO2 in de atmosfeer uitgestoten. De bosbranden in Californië hebben in 2020 al 91 Mt CO2 uitgestoten en de recente bosbranden van Australië zo’n 900 Mt. Bij elkaar is dit meer dan één Gt CO2 extra boven op de 33 Gt die wereldwijd door mensen wordt uitgestoten via alle andere bronnen.
De hoeveelheid CO2 uit alle bosbranden over de hele wereld in de afgelopen 20 jaar was geschat op gemiddeld 8 Gt per jaar en in 2017 alleen op 32,5 Gt. Dat komt overeen met een extra bijdrage aan het broeikasgas van 20 tot 100%. Daarbij zijn ook alle bosbranden geteld in Indonesië en Brazilië die niet ontstaan zijn als gevolg van opwarming maar als gevolg van ontbossing.
Behalve bosbranden ontstaan er door de lange hete periodes ook steeds meer ondergrondse veenbranden. Deze kunnen nauwelijks worden bestreden en kunnen gedurende jaren voortgaan. De bijdrage aan de totale CO2 uitstoot daarvan is moeilijk te bepalen. Je leest er meer over bij de BBC, Scientias of dit onderzoek: “The Arctic is burning in a whole new way” University of Colorado Boulder.
De vele bosbranden produceren behalve CO2 ook een heleboel roet en fijnstof dat zich naar hogere luchtlagen verspreidt, extra warmte absorbeert en tenslotte voor een groot deel op de besneeuwde vlaktes van het Arctisch gebied terechtkomt wat lijdt tot een verlaging van het Albedo effect. Minder Albedo betekent weer snellere opwarming van het Arctisch gebied en dus minder snelle straalstromen. Ook dit is een positieve terugkoppeling van de opwarming. De bijdrage van dit proces aan het totaal is echter moeilijk te kwantificeren.
Samenvatting
Kort samengevat zijn er door verandering van de straalstromen al twee versterkende processen aan de gang: afname van de snelheid van de straalstromen waardoor warme lucht noordelijker en koude lucht zuidelijker kan komen, en de invloed van bosbranden op het Albedo effect op de Noordpool. Er zijn echter nog geen duidelijke modelberekeningen over de bijdrage van die processen aan de totale opwarming. Daarnaast heeft de verandering van de straalstromen nu al grote lokale gevolgen voor het klimaat, waardoor vooral de extremen voor zowel warm als koud en nat en droog enorm zijn toegenomen.
Samen bepalen we de richting van de toekomst, elke dag weer. Koelen we het klimaat weer af? Blijven we veilig? Maken we de samenleving eerlijker? Als je kunt, help dan mee. Steun ons als lid of donateur. Want zonder voldoende ondersteuners redden we het niet. Dank je wel.
Wil je ons liever eerst een tijdje volgen? Meld je dan hier aan voor de gratis nieuwsbrief.
Alvast bedankt - en blijf veilig en gezond!
Team Duurzaamnieuws
