Achtergrond

El Niño en klimaatverandering

Hoe verandert El Niño over de komende 100 jaar van karakter?

El Niño beïnvloedt het weer in grote delen van de wereld. Veranderingen in de eigenschappen van El Niño - Southern Oscillation (ENSO) als gevolg van de wereldwijde opwarming geven voor die gebieden dus ook veranderingen in het weer.

Fig. 1 ENSO patronen en spectra
Fig. 1 ENSO patronen en spectra

We hebben daarom onderzocht hoe ENSO zou kunnen veranderen over de volgende eeuw. Hierbij hebben we gebruik gemaakt van de uitvoer van klimaatmodellen die verzameld is voor het vierde IPCC Assessment Report (4AR) wat in 2007 zal verschijnen. De modellen met de meest realistische weergave van El Niño laten gemiddeld geen verschuiving zien naar een toestand die lijkt op de huidige El Niño of La Niña. De veranderingen in de sterkte van El Niño zijn vergelijkbaar met de veranderingen die de afgelopen 150 jaar al waargenomen zijn door natuurlijke oorzaken. 

Lijkt ENSO in de modellen op de waarnemingen?

De eerste taak was om te onderzoeken of de eigenschappen van El Niño en de Zuidelijke Oscillatie in de modellen dicht genoeg bij de werkelijkheid zijn om de projecties onder klimaatveranderinge te kunnen vertrouwen. Over het algemeen is de huidige generatie klimaatmodellen beter in het simuleren van ENSO dan de modellen die voor het derde Assessment Report (TAR) in 2001 gebruikt waren. Echter, er zijn grote verschillen tussen de verschillende modellen. We hebben de data van het IPCC archief in PCMDI gedownload en wat eigenschappen nagetrokken. 

De meeste modellen simuleren een El Niño die te ver naar het westen ligt, met een te korte periode. In deze modellen wordt ENSO meer aangedreven door oppervlakteprocessen - directe koppeling van de zeewater oppervlaktetemperatuur en de wind - dan door de onderwaterprocessen die de waargenomen ENSO domineren. 

Een andere groep modellen heeft een erg regelmatige oscillatie in plaats van de zeer onregelmatige oscilaties die op aarde worden waargenomen. In deze modellen is er ook een neiging tot een veel sterkere La Niña dan El Niño, het tegenovergestelde van de realiteit. Deze modellen kunnen ook niet worden vertrouwd voor het maken van realistische verwachtingen. 

Als laatste is er een groep modellen die in het huidige klimaat ongeveer dezelfde onregelmatige opeenvolging van El Niño's en La Niña's simuleren zoals geobserveerd in de afgelopen eeuw. In deze modellen is de koppeling tussen de oceaan en de atmosfeer ook in redelijke overeenstemming met waarnemingen van de TAO boeien. Deze modellen zijn geselecteerd om verder onderzoek mee te doen.

Fig. 2 Verandering in gemiddelde ENSO toestand
Fig. 2 Verandering in gemiddelde ENSO toestand

Veranderingen in algemene eigenschappen

De meest realistische modellen laten geen grote significante verschuivingen in de gemiddelde ENSO toestand zien. In sommige modellen veranderen de zeewater oppervlaktetemperatuur en de luchtdruk op zeeniveau op dezelfde manier als hoe een El Niño er in het huidige klimaat uit ziet, maar dit is veel minder sterk (over de periode 2051-2100 ten hoogste een kwart van de standaarddeviatie van nu). In andere modellen gaat de verandering de andere kant op. Aangezien andere verschuivingen in ons klimaat veel belangrijker zijn, verwachten we op basis van de huidige modellen geen verandering in de gemiddelde toestand die lijken op El Niño of La Niña. 

Fig. 3 Verandering in ENSO variabiliteit
Fig. 3 Verandering in ENSO variabiliteit

In de meest betrouwbare modellen neemt de standaarddeviatie met maximaal 20 procent toe of af in 2051-2100, waarbij meer modellen een toename dan een afname laten zien. Deze verandering is ongeveer even groot als de natuurlijke variabiliteit van de tweede helft van de negentiende eeuw tot halverwege de twintigste eeuw. Dus de verschuiving ten gevolge van klimaatverandering is waarschijnlijk alweer kleiner dan de verschuivingen ten gevolge van natuurlijke variabiliteit. 

Het is helaas niet mogelijk om verwachtingen te maken voor de relatieve sterktes van El Niño en La Niña in een toekomstig klimaat aangezien de huidige modellen deze niet-lineaire effecten in het huidige klimaat niet reproduceren. 

Veranderingen in mechanismen

Zowel het kleine effect van de opwarming van de aarde op ENSO als de relatief grote spreiding tussen de modellen kan worden verklaard door naar de deelprocessen van ENSO te kijken. Het blijkt dat deze deelprocessen wel veel veranderen, vaak met een factor twee, maar dat deze veranderingen de neiging hebben elkaar op te heffen. Het resultaat hangt daarom sterk af van de details van de modellen, waardoor ze verschillen in het teken van de veranderingen.

Fig. 4 Veranderingen in de ENSO cyclus tussen wind stress (t), thermoklien diepte (Z20/24) en oppervlaktewater temperatuur (SST).
Fig. 4 Veranderingen in de ENSO cyclus tussen wind stress (t), thermoklien diepte (Z20/24) en oppervlaktewater temperatuur (SST).

Door de hogere temperatuur van de equatoriale Stille Oceaan kunnen er meer wolken gevormd worden in het midden van de Stille Oceaan. Gedurende een El Niño blokkeren deze wolken de zon en verminderen ze de opwarming, waardoor ENSO sterker gedempt wordt. Echter, de sterkte van de passaatwind wordt kleiner doordat de tropische circulatie afzwakt. Dit zorgt ervoor dat het koude water dichter bij het oppervlak komt, wat de oppervlakte zeewatertemperatuur sterker beinvloedt. Het directe effect van de wind wordt ook groter, deels door de ondiepere menglaag die dan sneller kan opwarmen en afkoelen. Deze twee positieve veranderingen compenseren vrijwel precies de toegenomen demping. 

Standaard natuurkunde schrijft voor dat eenzelfde verandering in temperatuur meer verwarming oplevert bij een hogere achtergrond temperatuur en dus een groter effect op de wind. Dit wordt gemiddeld genomen echter ook gecompenseerd door de toegenomen stabiliteit van de atmosfeer boven de oceanen. 

De observatie dat ENSO niet veel verandert in de meest realistische klimaatmodellen is een compensatie van grote veranderingen in verschillende deelprocessen in de ENSO cyclus. We zijn nog aan het onderzoeken of dit toeval is of dat er een achterliggende fysische reden voor deze compensatie is.

Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen