Temperature anomaly for 2005 calendar year relative to 1951-1980.
GISS Surface Temperature Analysis (NASA).
Zie ook deze figuur op Realclimate.org, deze (NOAA), deze (NASA) of deze (IPCC).
De aarde warmt op, maar niet gelijkmatig. Op de Noordpool ligt de temperatuurstijging tenminste een factor twee hoger (wellicht meer) dan de gemiddelde temperatuurstijging op aarde. Wat is de verklaring voor deze 'polaire amplificatie'? De allereerste klimaatmodellen lieten reeds een versterkte polaire opwarming zien. Maar er worden uiteenlopende2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35 verklaringen gegeven. Sommige van die verklaringen gaan specifiek in op de onverwacht snelle opwarming van de laatste jaren, met name de zomer van 2007. Er is net dit voorjaar (2008) een project gestart (ARCPAC) om de karakteristieken van de opwarming op de Noordpool in kaart te brengen. Men vermoedt nu dat ook smog ('arctic haze'1) een rol speelt. Maar gezien de vele (partiële) verklaringen, moet je concluderen dat men nog niet precies weet wat nu eigenlijk de (complexe) oorzaak is van de polaire amplificatie.
Het volgende algemene idee ben ik nog niet tegengekomen. Het idee, of iets soortgelijks, zal vast eens eerder2 zijn geopperd en misschien ook meteen weer verworpen met een geamuseerd lachje. Of misschien is het zo elementair dat niemand er een woord aan vuil maakt. Onzin of niet, onderstaande 'hypothese' is een aardige aanleiding om het verschijnsel van de polaire ampflicatie nader te verkennen.
Wind (vooral vochtige lucht) en oceanische stromingen zijn de belangrijkste transporteurs van warmte over de planeet. Lucht beweegt snel maar bevat relatief weinig warmte (energie). Water beweegt langzaam maar kan zeer veel energie bevatten. De oceanen, gemiddeld 3700 meter diep, nemen ruim 70% van het totale aardoppervlak voor hun rekening. De warmtecapaciteit van de oceanen is 1000 keer groter dan die van de atmosfeer. Als het oceaanwater ook maar een heel klein beetje opwarmt en gaat stromen, dan wordt er extreem veel energie(verschil) verplaast. De sleutel2 tot het klimaatsysteem ligt daarom voor een belangrijk deel in de dynamiek van de oceanen in combinatie met de atmosferische bewegingen. Verrassenderwijs is het aandeel van het atmosferisch warmtetransport groter2, mogelijk zelfs veel groter, dan dat van de oceanen. Veranderingen in windrichting en windkracht hebben grote2 klimatologische gevolgen.
Het warmtetransport over de planeet heeft een horizontale (west-oost) en een verticale (of meridionale) component (noord-zuid). Het verticale transport is voor het warmtetransport het meest interessant omdat de temperatuurverschillen tussen de tropen en de polen zo groot zijn (zie ook het Corioliseffect). De polen ontvangen warmte uit de tropen. En in de tropen wordt kou aangevoerd uit een hogere breedtegraad. Je zou dus denken dat zonder het verticale warmtetransport de warmteverschillen tussen de tropen en de polen aanzienlijk groter zouden zijn dan ze in werkelijkheid zijn. De maan bijvoorbeeld, heeft geen atmosfeer of oceanen. De maximale temperatuurverschillen op de maan bedragen zo'n 300 graden (-173, +127) tegen 147 graden (-89, +58) op aarde. Een factor 2 verschil ongeveer. Nu valt het grotere temperatuurverschil op de maan voor een deel te verklaren met de grotere lengte van een dag op de maan (29,5 aardse dagen). De maan heeft dus meer tijd om af te koelen in het duister en om op te warmen in het zonlicht. Maar tijdens de poolwinter op aarde ontvangt maandenlang geen zonlicht. Toch wordt het op aarde ook dan niet zo koud als in de maannacht. De grotere temperatuurverschillen van de maan lijken dus voor een belangrijk deel veroorzaakt te worden door de afwezigheid van warmtetransport over het maanoppervlak. Zonder warmtetransport zouden de polen van de aarde 25 °C kouder zijn, en de tropen 14 °C warmer.
Laten we aannemen dat vanuit de tropen een hoeveelheid energie Q op weg gaat in de richting van de polen. Als de aarde opwarmt, dan wordt ook een extra hoeveelheid energie dQ getransporteerd. We gaan er omwille van de eenvoud van uit dat de transportstromen zelf niet veranderen onder invloed van de temperatuurstijging, wat zonder meer een idealisatie2,3,4,5,6 is. (In de periode 1979 - 1998 bedroeg de variatie in het poolwaartse warmtetransport 1 tot 3%.) Nu heeft het tropengebied een relatief grote oppervlakte. Als we voor de 'tropen' de ruime strook nemen tussen 30°NB en 30°ZB, dan is dat 50% van het gehele aardoppervlak. Als we voor de 'polen' het gebied kiezen tussen 60°NB/ZB en 90°NB/ZB (dus eveneens twee stroken van 30°), dan bedraagt deze oppervlakte slechts ongeveer een vierde deel van de tropen: 13,40% van het aardoppervlak (6,70% per pool). Als we het broeikaseffect metaforisch opvatten als een deken die over de aarde ligt, dan is de extra warmte die door een extra dikke deken ontstaat evenredig met de oppervlakte van die deken. Het energietransport Q, en ook dQ, is dus afhankelijk van de oppervlakte van de tropen. Dit betekent dat een grote hoeveelheid warmte uit de tropen verticaal wordt getransporteerd vanuit een relatief groot gebied naar een klein gebied: de polen. De hoeveelheid dQ afkomstig uit de tropen zal, eenmaal omhooggestuwd over een steeds kleiner oppervlak moeten worden verdeeld en - op een of andere manier - een grotere 'dichtheid' krijgen. Uit onderzoek is gebleken dat dQ sinds de jaren tachtig inderdaad is opgelopen. De polen zullen dus sneller opwarmen dan de overige gebieden op aarde. De tropen juist langzamer. Je kunt hetzelfde verhaal vertellen voor het transport van kou. De kou gaat van de polen evenaarwaarts en wordt verdund in een groter gebied dan waar het vandaan komt, en zal dus een geringe invloed hebben.
Is deze verklaring nu onzin? Natuurlijk, onderweg van de tropen naar de polen wordt er warmte aan de omgeving afgegeven. Oceaanstromen verleggen zich halverwege het transport en cirkuleren terug richting evenaar, zoals mooi te zien is op deze schematische plaat:
Ook de atmosferische stromingen zoeken hun eigen richting en wisselen warmte uit met de omgeving. Net als de wind, moet het water op weg naar omhoog over bergketens heen op de bodem van de oceaan. Toch is er een flinke massa tropisch water en lucht die voortdendert in verticale richting. Als het idee klopt, dan is er geen specifieke verklaring nodig voor het versneld opwarmen van de polen. We hebben dan een eenvoudig principe te pakken. Verbazingwekkend is dan niet dat de Noordpool snel opwarmt, maar dat Antarctica bijna niet1 opwarmt. (Een standaardverklaring is dat land sneller opwarmt dan water met op het ZH een grote 'ocean heat uptake'.1 Maar zie ook deze post, en de commentaren. Begin 2009 werd echter bekend dat de temperatuur op Antarctica toch is opgelopen sinds 1957, met 0,12 °C per decennium. Van een versterkte opwarming is evenwel geen srpake. Op deze afbeelding (NASA) zie je mooi hoe delen van Antarctica opwarmen, maar ook dat de omringende oceaan relatief koud is gebleven.) Je kunt het principe testen met een zwembadje als dit. De schilvorm stelt een part van de aarde voor:
In het midden van het zwembadje bevindt zich een warmtebron (W). Dit is de tropische zone waar veel warmte is. Door warmteverschillen in het badje gaat er water stromen en na verloop van tijd stelt zich een stabiele situatie in, met een vaste verdeling van stromen en temperaturen in het bad. De waterstromen zijn hopelijk een beetje stabiel, want er is kans op chaos en allerlei rare trillingen in het systeem (vergelijkaaar met El Nino's en oceanische oscillaties). Het ligt voor de hand dat het water bij de polen het koudst blijft. En rondom de warmtebron zal de temperatuur hoger zijn. Het badje stelt de situatie voor waarin de warmte op aarde via een vast patroon verdeeld wordt bij een gelijkblijvende gemiddelde aardtemperatuur. We gaan de temperatuur van de warmtebron nu opvoeren en wachten even tot het systeem weer stabiel is.
Als het idee van warmteverdichting aan de polen klopt, dan zou je verwachten dat de temperatuurverschillen (dT) aan de polen ten opzichte van ons eerste plaatje groter zijn dan die in de tropen, of in ieder geval een positieve afwijking vertonen, al blijven de absolute temperaturen aan de polen wel lager dan elders. Merk op dat eenzelfde redenering ook opgaat voor een toename van atmosferische warmtetoevoer. Tussen de atmosfeer en het water vindt ook voortdurend warmteuitwisseling plaats.
Misschien dat het resultaat van de proef tegenvalt. Dan deugt het idee misschien nog wel, maar de proef niet. Misschien moeten we de warmtebron iets anders plaatsen, met een pompje de roulatie van het water manipuleren of de vorm van het badje aanpassen. Het water (of de lucht) moet goed kunnen doorstromen. Nu ik mijn idee heb uitgewerkt begin ik toch weer te twijfelen...
Je kunt ook de volgende situatie als model nemen. In een huiskamer staat een kachel die is aangesloten op de centrale verwarming. Als het op zolder koud is, moet men, om de zolderkamer te verwarmen de kachel in de huiskamer hoger zetten. Het systeem werkt alleen maar goed als de pomp waarmee het water naar de zolder wordt getransporteerd, voldoende krachtig is en de huiskamer niet te veel warmte opsnoept. De zolder zal in dat geval daadwerkelijk meer opwarmen dan de huiskamer en zelfs warmer kunnen worden dan de huiskamer.
We kunnen ons idee ook testen met een belachelijk simpel 'klimaatmodel'. 'Testen' is een groot woord, en 'klimaatmodel' helemaal. Dit is een probeersel in een excelsheetje. Je haalt nooit meer uit een model dan je er zelf eerst in stopt. Maar dit betekent niet dat je de resultaten van tevoren had kunnen voorpellen:
De drie rechthoeken met getallen stellen het aardoppervlak voor. Elk vakje ('gridcel') heeft eenzelfde oppervlakte. Er zijn drie fases.
Fase 1: De aarde ontvangt warmte van de zon, overeenkomstig de breedtegraad. Het is duidelijk dat de polen bijna geen warmte ontvangen, de tropen veel.
Fase 2: De warmte gaat verticaal reizen. Elke cel ontvangt een vast deel van de warmte van alle direct aanliggende cellen. De Noordpool heeft in de eerste figuur een waarde 18. Daaronder liggen vijf cellen met waarde 154. De vijf cellen geven een vast deel (hier ingesteld op 40%) van hun warmte aan de enkele Noordpoolcel. Maar omdat ze met z'n vijven zijn, wordt hun bijdrage door vijf gedeeld. Omgekeerd ontvangen ook de vijf vakjes warmte van de Noordpoolcel. Deze operatie wordt in alle rijen uitgevoerd. Zo ontvangen de vijf cellen op de tweede rij 5/7e deel van de cellen op de derde rij. Alle cellen worden dus warmer, zoals blijkt uit de som (rechts). Dat klopt natuurlijk niet, maar de som maken we kloppend in fase 3, waarin ook een tweede correctie wordt aangebracht.
Fase 3: De aarde straalt zijn ontvangen warmte ook weer uit, het heelal in. We gaan er gemakshalve van uit dat elke cel evenveel warmte uitstraalt (doen we dit niet, dan zal de polaire amplificatie nog groter zijn.). Er wordt een correctie uitgevoerd om de som van alle warmte weer terug te brengen naar het niveau na fase 1. De aarde als geheel is in 'thermisch evenwicht' gebracht. Maar je kunt de operatie herhalen, waardoor de temperatuurverschillen nog kleiner worden. Het resultaat na een omloop is dat de polen meer warmte hebben gekregen dan waarop ze recht hebben op grond van het invallend zonlicht. De tropen zijn juist afgekoeld. Niet zo verbazingwekkend.
Je kunt de manier waarop het transport verloopt op allerlei manieren anders definiëren en realistischer maken. Maar wat je ook probeert, vrijwel altijd zullen de polen opwarmen. In de allereerste eenvoudige klimaatmodellen warmden de polen al op, de Zuidpool even veel als de Noordpool. Je kunt in het 'model' ook onderscheid aanbrengen tussen land en zee, met ieder hun eigen transporteigenschappen. Daardoor zal er asymmetrie ontstaan tussen noord en zuid.
Het principe van warmteverdichting lijkt op het opstuwen van water in een baai of monding. In Zeeland en voor de kust van Bretagne en Zuid-Engeland bestaan grote verschillen tussen eb en vloed door de vernauwingen waarin het stromend water wordt opgestuwd. Ook het water van de Warme Golfstroom dat afkomstig is uit het tropisch gebied, komt terecht in een vernauwing als het langs de kusten van Europa steeds verder noordwaarts gaat. De afstand tussen Noorwegen en Groenland (2200 km boven 60°NB) is veel kleiner dan die tussen Portugal en New York (5300 km op 40°NB), of tussen Marokko en Florida (7500 km op 30°NB), waar de Warme Golfstroom begint.
Op het Zuidelijk Halfrond is de situatie anders. "Interestingly, the same process [of heat transport] occurs in the southern hemisphere, although it is much less important because of weaker poleward ocean currents" (CEOS)1 Er is hier veel water (Grote Oceaan, Indische Oceaan) en weinig land. Het opstuwend effect van een baai is hier afwezig of minder sterk. Het water tussen Afrika, Zuid-Amerika en Antarctica is een soort kom. Door de driehoeksvorm van de continenten Zuid-Amerika en Afrika is er zuidwaarts geen vernauwing, maar een verbreding. De onderlinge afstanden tussen Vuurland, Zuid-Arika en Australië zijn groot.
Voor het atmosferisch transport geldt deze redenering niet (maar de uitwisseling van warmte tussen atmosfeer en oceaan blijft bestaan). De lucht lijkt immers vrij te bewegen in alle richtingen? Niet helemaal. Op animaties van satellietbeelden zie je soms prachtig hoe regenwolken blijven hangen voor een bergketen. Denk aan bergketens in de Noord-Zuid-richting op de grens tussen land en zee, zoals het Andesgebergte en de Rocky Mountains. De Rocky Mountains veroorzaken zowel een opwaartse als een evenaarwaartse stuw, waarvan de consequenties tot in Europa merkbaar zijn. Maar het is nog niet becijferd wat de gevolgen zijn voor de versterking van de verticale warmtedistributie. Zie het artikel van Richard Seager, Climate mythology: The Gulf Stream, European climate and Abrupt Change, 2007.
Dat Antarctica minder opwarmt wordt verder verklaard doordat de omringende zeestromen2,3 en winden westwaarts om het continent cirkelen en zo een isolerend effect2,3 hebben voor invloeden van buiten. Mogelijk dringt het zuidwaardse warmtetransport daarom minder goed door tot Antarctica, of zelfs helemaal niet. Tenminste, nog niet2, want men heeft een zigzageffect ontdekt, waardoor Antartica en Groenland beurtelings opwarmen en afkoelen in een cyclus van enkele duizenden jaren. Als dit klopt, dan zijn voorbeelden van abrupte opwarming uit het verre verleden mogelijk eerder lokaal dan globaal van aard. Een lokale opwarming wijst op een herdistributie van warmte over de planeet. Een globale opwarming wijst eerder op de invloed van broeikasgassen. Maar deze twee processen sluiten elkaar niet wederzijds uit. Ze kunnen beide actief zijn. De kwestie is onopgelost. Maar het klimaatsysteem rond Antarctica kan dus veranderen.
Hoger in de atmosfeer, op 5 km, warmt Antarctica overigens weer wel op, zelfs drie keer sneller dan de wereldgemiddelde waarde. Voor de Noordpool geldt een versterkte opwarming op 2 km hoogte. Deze derde dimensie, de hoogte en de gelaagdheid van de atmosfeer, hebben we buiten beschouwing gelaten. Eigenlijk kan dat niet. De zaak wordt wel meteen veel ingewikkelder2,3. Ook in de diepte, dus naar beneden toe, hebben we te maken met een gelaagdheid en dynamiek van het oceaanwater. Dit heeft allerlei consequenties voor de manier waarop warmte circuleert, opwelt of zinkt. Volgens Russell ea 2006 zou Antarctica relatief koud blijven mede omdat het systeem van waterstromingen en atmosferische stromingen actief de aangevoerde warmte de diepte in werkt en koud water laat opwellen, als in een reusachtige mixer, die naarmate de aarde verder opwarmt, krachtiger gaat werken. Over deze 'overturning circulation' bij Antarctica, zie bijv. hier of hier. We gaan hieraan nu verder voorbij. Terug naar het verticale (meridionale) warmtetransport.
The Oceanic Heat Budget (Ocean World).
Een mijmering bij dit plaatje. Er is een aanzienlijke asymmetrie in het oceanisch hittetransport in noordelijke en zuidelijke richting, zoals blijkt als we zuid roteren en over noord heen leggen. De lila ijsberg is duidelijk groter:
Als we het gemiddeld verschil schatten op 0,2 PW (1015 W), dan komt dat overeen met een noordwaartse netto energiestroom van 6,31 × 1021 Joule per jaar. Ter vergelijking, in de periode 1944-1998 bedroeg de totale opwarming van de oceanen, waarin 90% van de opwarming van de aarde gaat zitten, 1,45 × 1023 Joule (Levitus e.a. 2005). Dat is een gemiddelde van 3,30 × 1021 Joule per jaar, ofwel ongeveer de helft van de totale noordwaartse energiestroom. De Antlantische Oceaan functioneert als een trekgat voor de klimaatopwarming?
De oceanen verschillen sterk. Zo is het hittetransport van de Atlantische oceaan op het Zuidelijk Halfrond zelfs negatief, wat in 'overeenstemming' is met de vorm van de aangrenzende continenten. De Atlantische Oceaan vervoert uitsluitend warmte in Noordelijke richting. Dit wordt op het Zuidelijke Halfrond echter goedgemaakt door de Pacific. De Atlantische Oceaan is verder de enige oceaan die de Noordpool en de Zuidpool met elkaar verbindt. Dit lijkt een belangrijk gegeven. Vanwege de noordwaartse stroming lijkt het niet vreemd dat het Noordelijk Halfrond sneller opwarmt dan het Zuidelijk Halfrond (wat echter onder meer wordt toegeschreven aan de grotere hoeveelheid land, en dus de kleinere warmtecapaciteit op het Noordelijk Halfrond). In de Pacific loopt het warmtetransport vast in de Beringstraat, de (te) smalle, ondiepe doorgang tussen Azië en Alaska, waar de temperatuur flink stijgt. Het warmtetransport bedraagt 0.2 × 1013 W. Ter vergelijking, het warmtetransport in de Noord-Atlantische Oceaan is 1.4 × 1014 W (Trenberth ea 2001). Het verschil is een factor 70. Wel neemt de warmteflux via de Beringstraat versterkt toe. De watertemperatuur steeg sinds 2002 met 1 °C ten opzichte van de periode 1990-2001 (State of the Arctic). Dat is zeer hoog. Opnieuw een vorm van warmteverdichting. Toch lijkt de Beringstraat te nauw om als trekgat te kunnen functioneren, zodat er daar te weinig warmte uit het Zuiden kan doorstromen in de richting van de pool (Saeger merkt deze asymmetrie tussen de Pacific en de Atlantische Oceaan niet op. Zie fig. 4 in zijn artikel, waar hij betoogt dat de Warme Golfstroom voor het klimaat in Europa geen belangrijke rol van betekenis vervult). In de Noord-Atlantische Oceaan is er wel een brede doorgang. De doorgang is smal genoeg om de opstuwende werking te veroorzaken, en breed genoeg om voldoende warm water door te laten. Een zeer grote temperatuurtoename vindt men in de buurt van Spitsbergen en in het gehele Noord-Atlantisch gebied en dat van de Noordelijke IJszee (zelfde bron). Al vanaf 60°NB stopt het Pacifisch warmtestransport. Opvallend is dat het noordwaarts transport op 20°NB van de Atlantische Oceaan net zo groot is als dat van de Pacific, terwijl de Pacific op die breedtegraad veel breder is. De Atlantische Oceaan lijkt dus een bijzonder actieve rol te spelen bij de opwarming en de verdeling van warmte over de aarde.
Een andere bijzondere plek op de kaart is Drake Straat (Drakes Passage), de nauwe doorgang tussen Vuurland en het West-Antarctisch Schiereiland. Hier komen twee oceanen bij elkaar en beginnen de oceanische en atmosferische stromingen rond Antartica westwaarts te cirkelen. Het lijkt niet verwonderlijk dat uitgerekend in dit deel van Antarctica de opwarming - afkomstig uit de Pacific? - het grootst is (2,5°C in de afgelopen 50 jaar). (Toegevoegd: "Why West Antarctica is warming is just beginning to be explored, but in our paper we argue that it basically has to do enhanced meridional flow — there is more warm air reaching West Antarctica from farther north"', Eric Steig2). Misschien dat een deel van de warmte uit de Pacific, eenmaal voorbij Drake Straat ook weer mee omhoog gaat in de Zuid-Noord-corridor van de Atlantische Oceaan (wat ervoor zorgt dat het koudere water rond Antarctica op zin plaats blijft). (Voor wat de atmosferische stroming betreft zou het Andes-gebergte voor een benedenwaartse stuwing kunnen zorgen.) Onze mijmering komt er in schema als volgt uit te zien:
Een mooie bevestiging van de bijzondere rol van de Atlantische oceaan als een corridor van warmtetransport naar het noorden werd gevonden door Barker ea 2009.2 Tijdens abrupte klimaatveranderingen aan het einde van de laatste ijstijd kwam het noordwaardse transport tot stilstand. De warmte bleef op het Zuidelijk Halfrond waar het geleidelijk warmer werd, terwijl de Noordpool afkoelde. Opnieuw het zigzageffect. Onder bepaalde omstandigheden kan de richting van de corridor omdraaien. De polaire amplificatie is nu zuidwaarts gericht. "The most intuitive way to explain these changes is by varying the strength of ocean circulation in the Atlantic. By weakening the circulation, the heat transported northwards would be retained in the south", zegt Barker.
Ondanks de noordzuid-asymmetrie lijkt de versterkte opwarming van de polen een 'universeel' gegeven. Het gaat niet slechts om een toevallige eigenschap van het weer van de laatste decennia, zoals veranderende weerpatronen (stormen). Het maakt niet uit door welke oorzaak de aarde opwarmt, door broeikasgassen of door verhoogde zonne-activiteit. Ook het zonnesignaal wordt polair versterkt: "Times of high solar activity are on average 0.2º C warmer than times of low solar activity, and there is a polar amplification of the warming", zeggen Camp & Tung (2007). Wat geldt voor de versterkte opwarming, gaat ook op voor een afkoelende planeet: als de temperatuur daalt, worden de polen versterkt kouder. De temperatuurgrafieken van de afgelopen 400.000 jaar zoals die zijn afgeleid uit ijsboringen op Antarctica en Groenland, laten grote temperatuurverschillen zien tussen de ijstijden en de warmere interglacialen, steeds ongeveer 9-12°C, en misschien meer: in de periode 40.000 - 15.000 jaar geleden lag de gemiddelde temperatuur in Centraal-Groenland 16 graden lager dan in de periode 10.000 - heden (zie data GISP2). Dit zijn de temperatuurverschillen op de polen. Om de gemiddelde temperatuurveranderingen op de aarde te weten, moeten de verschillen gedeeld worden door tenminste 2, misschien 3: tijdens de ijstijden was het zo'n 5-6°C kouder op gematigde breedten en misschien nog slechts 2-3°C in de tropen (en meer op land, dan in het water). Tussen de temperatuurverschillen op de polen en de tropen zit een factor 3 of hoger. Tijdens de warme periode van het Mid-Plioceen (3,3 - 3,0 miljoen jaar geleden), konden de zeewatertemperaturen op hoge breedtegraad versterkt oplopen tot 18 °C2 ten opzichte van de huidige temperaturen, terwijl de gemiddelde temperatuur 2,5 °C hoger lag. Een extreme polaire versterking dus, veroorzaakt door toegenomen broeikasgassen en "increased heat transport from equatorial regions to the poles". Nog verder terug in de tijd, zo'n 55 tot 40 miljoen jaar geleden ten tijde van de 'Greenhouse Earth' toen de continenten weliswaar 'iets' anders ten opzichte van elkaar lagen en de ijskappen zich nog moesten vormen, was de Noordelijke IJszee maar liefst 24°C tegen hooguit enkele graden nu (in het zuiden was Antarctica bezig zich af te scheiden van Zuid-Amerika). De gemiddelde aardtemperatuur lag toen echter 'slechts' 8°C hoger. Het verschil is weer een factor 3. Zo'n 14 miljoen jaar geleden maakten sommige delen van Antarctica een afkoeling door van maar liefst 17 °C2,3. Wereldwijd waren de temperatuurverschillen veel kleiner. Het lijkt alsof de versterkende factor miljoenen jaren ongeveer 'constant', in ieder geval actief is gebleven, al zullen zich tussentijds bijzondere omstandigheden1,2,3 hebben voorgedaan waardoor de polaire amplificatie tijdelijk afweek van een bepaalde gemiddelde waarde van toch zeker een factor 2.
Ook neerslaggegevens bevestigen de grotere opwarming op hogere breedtegraad (op het Noordelijk Halfrond). Warmere lucht bevat meer vocht en daaruit ontstaat ook meer neerslag. Wat geldt voor warmte, kan ook gelden voor de luchtvochtigheid. Deze wordt noordwaarts opgestuwd. Canada, Rusland en Noord-Europa zijn in de periode 1925-1999 natter geworden, terwijl dit niet geldt voor de (sub)tropen (BBC 23 jul 2007). Ook de Noordpool werd natter, de afgelopen 50 jaar met 7%.
De poolwaarste opstuwing van warmte en temperatuurstijgingen impliceert dat een klimaatverandering in de tropen grote2gevolgen zal hebben voor de polen. Maar omgekeerd zal een verandering op de polen slechts een gematigde invloed uitoefenen op de wereldgemiddelde temperatuur. Een extreme wereldwijde klimaatverandering zal dus eerder uit de tropen afkomstig2 zijn. Men denkt nu dat de zeer abrupte en extreme temperatuurveranderingen rond 14.700 en 11.700 jaar geleden zijn begonnen met veranderingen in de tropen en Azië, waar eerst de stofconcentraties in de atmosfeer veranderden, toen de hoeveelheid verdamping, en pas daarna de neerslag op Groenland. Dit proces, waarbij de temperatuur op Groenland versterkt kon oplopen met 10-12 °C, voltrok zich binnen enkele decennia, en werd veroorzaakt door een luchtstroom die 2-4 °C warmere lucht aanvoerde. Opnieuw ruim een factor drie temperatuurverschil. "Even though the climatic changes at the end of the ice age are seen most violently in the Northern Atlantic regions our measurements suggest that they are initiated by changes in the tropical areas", analyseert Dorthe Dahl-Jensen de zeer gedetailleerde gegevens uit ijskernen op Groeland (NGRIP).1
Als de polen de opwarming van het klimaat trouw blijven versterken, dan vormen ze een prachtig vergrootglas voor het onderzoek naar temperatuurveranderingen op aarde.
Overigens bestaat er ook in de horizontale dimensie (west-oost) een versterkte opwarming. Dit geldt op het Noordelijk Halfrond met name voor West-Europa (ook Nederland) en de VS2,3,4. Je zou denken dat (een deel van) deze horizontale temperatuurversterking een direct gevolg moet zijn van het Corioliseffect (visueel uitgelegd op wikipedia) waardoor bewegende lucht- en watermassa afbuigt. Hierdoor ontstaan er in de atmosfeer cyclonen (depressies) en anticyclonen (hogedrukgebieden). Warm oceaanwater, dat lichter is dan koud water, bevindt zich aan de oppervlakte en is daarom verder verwijderd van de aardas dan koud water. Het warme water ondervindt op zijn verticale reis (poolwaarts of evenaarwaarts) de grootste snelheidsverandering (versnelling). Op het Noordelijk Halfrond werkt de versnelling op het warme water daarom met de klok mee en op het Zuidelijke Halfrond tegen de klok in (voor depressies - gebieden met minder luchtmassa/luchtdruk - geldt het omgekeerde). Hierdoor zal warm water dat zich poolwaarts beweegt op beide halfronden een westwaartse afwijking krijgen. En voor koud water zou dan juist het omgekeerde moeten gelden.
(Toegevoegd:) Op 18 februari 2009 verscheen in Newscientist een bespreking Grand Graversen en Wang 2009, 'Polar amplification in a coupled climate model with locked albedo'. Er wordt een vrij definitieve verklaring geclaimd voor de polaire versterking: "now we know the reasons why". Drie factoren worden genoemd:
(1) Albedo-feedback (SAF): zodra zeeijs smelt, zal het open water meer warmte absorberen. Dit effect was reeds lang bekend, maar het zou slechts een bescheiden rol spelen: "SAF amplifies the surface-temperature response in the Arctic area by about 33%, whereas the corresponding value for the global-mean surface temperature is about 15%. Even though SAF is an important process underlying excessive warming at high latitudes, the Arctic amplification is only 15% larger in the variable than in the locked-albedo experiments [model runs, waarbij het albedo van de aarde constant wordt gehouden - JV]."
(2) Meer open water betekent meer verdamping. En waterdamp is een broeikasgas. Dit betekent dat de polen niet alleen verterkt opwarmen, maar ook te maken hebben met een versterkte broeikaswerking door waterdamp.
(3) Los van de extra waterdamp straalt het open oceaanwater ook meer warmte uit naar de atmosfeer.
Jeroen Vuurboom - 31 januari 2008 (bijgewerkt 30 jul 2011)
