INLEIDNG
In onderstaande bijdrage wil ik graag het een en ander vertellen over zeewatertemperaturen en schommelingen daarin die te maken met hebben veranderende zeestromen. We zullen het hier hebben over ENSO, de PDO, de THC en AMO. Op het eerste gezicht allemaal termen die de meesten weinig zeggen maar dat wordt hieronder nader toegelicht. Wel wordt er van uitgegaan dat er enige bekendheid is met El Nino en La Nina. In dit artikel probeer ik een koppeling te laten zien tussen bovengenoemde fenomenen die via een wereldomspannend netwerk met elkaar verbonden zijn. Verder wordt er uitgelegd hoe dit invloed op het klimaat uitoefent.
PATRONEN EN KOPPELING VAN OCEAANSTROMEN
Pacific Decennail Oscillation
Bepaalde patronen in zeewatertemperaturen in het noordelijk deel van de Grote Oceaan kunnen worden beschreven als de
Pacific Decennial Oscillation, afgekort PDO. Deze patronen wisselen met perioden van enkele maanden, een paar jaar tot meerdere decennia. Deze laatste variatie is opvallend en kan wel 20 tot 30 jaar dezelfde fase aanhouden.
De PDO is herkenbaar aan een hoefijzervormig patroon. In de koude fase liggen de zeewatertemperaturen (SST) onder normaal in een zone vanaf de Beringzee, langs de westkust van Noord-Amerika, uitlopend naar het zuidwesten richting het centrale deel van de Grote Oceaan. Vooral de golf van Alaska is koud. Tegelijk loopt er een tong met warm water vanuit de Oost-Chinese zee, langs Japan oostwaarts de oceaan op, om ergens tussen de Aleoeten en Hawaï te eindigen. Hier loopt de
Koero Sijo stroom, het zusje van de warme golfstroom langs de oostkust van de VS (zie figuur 1a). Tijdens de warme fase is het patroon omgekeerd. Dan is het water tegen de Amerikaanse kust warmer en de Koero Sijo relatief koud (figuur 1b).
El Nino
Er bestaat een zekere samenhang tussen de PDO en
ENSO (El Nino’s Southern Oscillation). Tijdens de warme fase van de PDO is een El Nino goed ontwikkeld en tijdens de koude fase is La Nina prominenter aanwezig. ENSO en PDO lijken elkaar te versterken en daarom kun je de PDO als de grote stille broer (El Nino) of zus (La Nina) van ENSO beschouwen. Het grote verschil is de duur van de cyclus. Die duurt bij ENSO 2 tot 7 jaar maar bij de PDO wel een halve eeuw. Op het zuidelijke deel van de Stille Oceaan verschijnt vaak een spiegelbeeld van de PDO. Omdat de ENSO in haar afzonderlijke cyclus krachtig uitslaat zijn daarin moeilijk lange termijn trends te ontdekken, maar ze lijken er wel te zijn, samenhangend met de PDO.
(Invalid img)
(Invalid img)
Figuur 1a: PDO in de koude fase samen met La Nina, februari 2008.
Figuur 1b: PDO in de warme fase samen met El Nino, november 1986.
’Stille’ klimaatsveranderingen
Het is bekend dat ENSO wereldwijd gevolgen heeft voor het weer, waarbij de globaal gemiddelde temperatuur bij El Nino hoger ligt en bij La Nina lager. Maar de PDO is ook verdacht! Tijdens kortere perioden van enkele jaren zou je de patronen nog als onderdeel van ENSO kunnen zien maar op multi-decadale schaal veel minder. Wanneer we de grafiek van de PDO naast de wereldwijde temperatuurcurve leggen zien we dat de grote omslagpunten samenvallen met scharnierpunten in de globale temperatuur (zie figuur 2). Toen de PDO in 1923 in de warme fase overging was het klimaat al aan het opwarmen maar vooral de omschakeling van warm naar koud in 1946 en terugschakeling in 1977 zijn opmerkelijk want ze vallen duidelijk samen met een kentering in globale temperatuurtrend. Op de lange termijn is er wel een algemene opgaande trend in wereldwijde temperatuur die niet terug te vinden is in de PDO. Hierin spelen de effecten van toegenomen broeikasgassen en eerst ook zonneaktiviteit een rol. Aangezien de PDO de laatste jaren ook steeds vaker in de koude fase zit zou dat opnieuw een trendbreuk kunnen betekenen. Dit hangt sterk af van de vraag wat oorzaak of gevolg is.
(Invalid img)
Figuur 2: Compilatie ter vergelijking van PDO en globale temperatuur.
Thermo Haliene Circulatie
Over de achterliggende mechanismes van de PDO is nog weinig bekend. Deels zou je de verklaring bij de ENSO kunnen vinden maar dan blijft nog de vraag waarom er in de ene periode veel en krachtige El Nino’s zijn terwijl het ook enkele decennia vrij rustig kan zijn.
1976 tot 1998 was een dergelijke aktieve periode maar na de grote klapper van ‘97/98 houdt El Nino zich tot op de dag van vandaag in.
Ook zijn er onderzoekers die een koppeling hebben gevonden tussen atmosfeer en SST’s van de noordelijke deel van de Stille Oceaan. Wanneer het Aleoetenlaag dieper is dan gebruikelijk brengt dat de PDO in de koude fase, wat dat lagedrukgebied dan weer in stand houdt (met name ’s winters). Is er minder depressie-aktiviteit in het noordelijke deel van de Pacific dan is de warme fase gebruikelijk. Hierbij wordt ook een link gelegd met zeewatertemperaturen in de Indische Oceaan. Ik volg de SST’s op de voet en heb ook gezien hoe een diepe Aleoetendepressies de koude fase afbraken in ondermeer de winters van 2005 en 2006. Maar het convectiepatroon wees er op dat de warmte in de koero Sijo stroom nog wel in de diepere lagen aanwezig was.
Een andere oorzaak zou kunnen worden gezocht in variaties in menglaagdikte van de oceaan of bij de
thermohaliene circulatie, oftewel de THC. Dit bestaat uit een wereldomspannend netwerk van oceaanstromen, zowel in de diepte als aan de oppervlakte, opgewekt door verschillen in temperatuur en zoutgehalte, ook wel de
Great Conveyor Belt genoemd. De aandacht van klimatologen voor de THC richt zich hoofdzakelijk op het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan. Hier wordt het zeewater kouder, zouter en dus zwaarder en zinkt het naar de diepte. Dit wegzakkende water wordt gecompenseerd door een oppervlaktestroom, die warmte vanuit de tropen naar hoge breedten transporteerd. Omdat we onze milde klimaat deels aan deze ‘warme golfstroom’ hebben te danken zou een afzwakking hiervan tot een gevoelige afkoeling kunnen leiden in Noord-Europa en delen van Noord-Amerika. Sommigen gaan zover te zeggen dat het stilvallen van deze warme zeestroom tot een ijstijd zou kunnen leiden en ‘global warming’ zou daarvoor zelfs de aanleiding kunnen zijn. Nu is het echter zo dat die warme zeestroom voor een groot deel door de wind wordt aangedreven en wij ons zachte klimaat ook te danken hebben aan een meer zuidwestelijke aanvoer in plaats van pal west waardoor lucht van lagere breedte in West-Europa terecht komt. Dit zou te maken hebben met de voorkeursligging van golven in de straalstroom, verankerd aan de Rocky Mountains, misschien wel gemoduleerd door de PDO. Dit is min of meer vergelijkbaar met de golven achter een steen onder de waterspiegel in een beek. West-Europa ligt dan onder de tweede golf en in de zomer onder de derde, herkenbaar aan een hoogterug. Ten westen van ons wordt dan zachte lucht aangevoerd vanachter de Azoren.
Terugkomend op de THC kunnen we wel blijven kijken naar wat het afzinkende water doet en hoe de warme tegenstroom het Europese klimaat beïnvloed, om de kringloop te sluiten moet er ook water boven komen drijven. Vergeet bovendien ook niet dat langs Antarctica de THC wordt aangedreven. Die opwelling vindt vooral plaats in de Indische en Stille Oceaan. (zie figuur 3). Zoals deze globale circulatie de regio rond de noord-Atlantische oceaan verwarmt zo koelt het andere delen op aarde. Een verzwakking leidt niet tot een globale afkoeling maar tot een herverdeling van de warmte. Bekijken we de opwellingsgebieden nader dan komen we in het equatoriale gedeelte uit nabij Peru. Volgen we de onderstroom verder noordwaarts, de draaiing van de aarde in acht nemend, komen we terecht in de golf van Alaska. Het eerstgenoemde gedeelte is juist het gebied waar het fenomeen El Nino voorkomt. Normaliter blazen de passaatwinden het warme oppervlaktewater aan de tropen weg in westelijke richting. Dit wordt gecompenseerd door opwelling van koud water uit de diepte langs de westkust van Zuid-Amerika. Is dit proces sterker dan spreekt men van La Nina, waarbij de THC een extra zetje zou kunnen geven. Wanneer de oostenwinden afzwakken zakt het koude en zware water terug. Het warme oppervlakte water wordt terug gefloten en dekt de koude onderstroom af en El Nino is present. Dit zou wel eens gemakkelijker kunnen gaan wanneer de THC in een lagere versnelling draait omdat de druk van onderen afneemt. Langs de westkust van Alaska, Canada en de VS kan opwelling een deel van het PDO patroon verklaren. Maar de PDO verspringt om de 20 tot 30 jaar van teken en daarvoor zou de THC ook moeten veranderen.
(Invalid img)
Figuur 3: schematische voorstelling van de THC of ‘great conveyor belt’.
Bij de polen zakt het water de diepte in, verspreid zich via de bodem door alle Oceanen, borrelt boven in de Indische en Stille Oceaan en stroomt aan de oppervlakte terug door de Atlantische Oceaan en richting het zuidpoolgebied. Daar wordt het water weer zwaarder en zinkt naar de diepte/.
De PDO is niet de enige multi-decadale cyclus op aarde. In de Atlantische Oceaan kennen we er nog één, namelijk de AMO, of tewel de
Atlantic Multi-decennial Oscillation. Deze kent ook een afwisseling van warme en koude fasen van 30-40 jaar. Begin vorige eeuw waren de temperaturen van het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan lager dan normaal, tussen 1930 en 1960 was het water warmer, in de jaren ’70 en ’80 weer koud en in de jaren ’90 is de AMO weer in de warme fase terechtgekomen. Deze perioden vallen ook samen met gelijkaardige temperaturen wereldwijd maar loopt niet helemaal in fase en evenmin synchroon aan de PDO (zie figuur 4). Indien we aannemen dat de AMO verband houdt met de fluctuaties in de THC zou dat wereldwijd gevolgen kunnen hebben.
De hypothese is nu dat een koude fase van de AMO een verzwakking van de THC betekent (de Atlantische tak) . Aangezien dit tot een verstopping leidt zal die verzwakking, met enige vertraging, doorwerken op het hele circuit en uiteindelijk ook in de opwellingsgebieden te merken zijn. Trekt de THC aan dan komt de AMO in de warme fase en zal de stroming op den duur wereldwijd toenemen. Rond de Noord-Atlantische oceaan warmt het klimaat aanvankelijk op maar de Pacific koelt uiteindelijk af vanwege extra opwelling van koud water. Verzwakt de THC dan onderdrukt dat weer de opwelling. Dat betekent dat na een koude AMO de PDO in de warme fase komt met een grotere aktiviteit van El Nino en na een warme AMO komt de PDO in de koude fase en treed El Nino minder op de voorgrond. Men heeft geschat dat het wel 2000 jaar kan duren voordat het water de gehele lopende band heeft doorlopen. De impulsen, echter, verplaatsen zich veel sneller.
(Invalid img)
Figuur 4: De PDO en de AMO.
Rond 1930 kwam de AMO in de warme fase. In 1946 werd de PDO koud. In 1960 ging de AMO in de koude fase en 17 jaar later sprong de PDO weer in de warme fase. Dit wijst al op enige verdachtmaking. Om dit wat duidelijker te krijgen heb ik de jaarlijkse PDO en de AMO aan elkaar gecorreleerd, variërend naar tijdsverschil tussen de beide parameters. Als we naar figuur 5a kijken dan zien we twee lijnen. De ene loopt geleidelijk omhoog, wijzend op een toenemende correlatie met de tijd. Hier loopt de PDO steeds verder voor op de AMO. Aangezien het cyclische processen betreft met een periode van meerdere decennia die niet in fase lopen, is het logisch dat er een ‘verband’ ontstaat wat verder weinig zegt. Dit geldt ook voor de andere lijn die naar beneden loopt. Echter, deze geeft een sterkere correlatie met pieken op 11,12 en 18 jaar beneden -0,5. Hier volgt de PDO de AMO. Dit betekent dat de kans dat de AMO de PDO stuurt groter is dan andersom. De uitschieters zouden te maken kunnen hebben met de ENSO cyclus van 7 jaar, die de PDO triggert. Figuur 5b toont het spreidingsdiagram. Nu ben ik benieuwd wat de statistisch geschoolde lezers hierin zien. Wijst dit echt op een verband of is het maar onzin?
(Invalid img)
(Invalid img)
Figuur 5a: Correlatiecurves tussen PDO en AMO naar tijdverschil. Bij de opgaande lijn leidt de PDO bij de neergaande lijn leidt de AMO.
Figuur 5b: Spreidingsdiagram.
Desondanks is er hypothese die dit verband kan verklaren. Als we hier op verdergaan kunnen we ook bekijken in hoeverre de PDO te ‘voorspellen’ is uit de AMO. In figuur 6 wordt de PDO, met terugwerkende kracht, berekend en vergeleken met de werkelijkheid. We zien toch een redelijk goede match, zeker halverwege de vorige eeuw maar in de jaren ’20 is het een rommeltje. De PDO voor dit onderzoek is bijgewerkt tot 2004. De verwachting is dat deze daarna verder daalt. De kaarten van SST’s van recente jaren verklappen dat dat ook zo is, met een zeer koude PDO en La Nina juist begin dit jaar. Aangezien de AMO nu in zijn warme fase zit en dat, gezien de periode van 80 jaar, ook nog wel een tijdje volhoudt zal de PDO in de koude fase blijven en El Nino de komende 20 tot 30 jaar op een lager pitje komen te staan.
(Invalid img)
Figuur 6: Voorspelling van de PDO met terugwerkende kracht.
SAMENVATTING
In het noordelijk deel van de Stille Oceaan bestaat een hoefijzervormig patroon van zeewatertemperaturen wat ongeveer eens in de kwart eeuw omkeert. Deze schommeling, die bekent staat als de PDO, gaat samen met variaties in aktiviteit van ENSO. Er zijn aanwijzingen dat de opwelling van koud water uit de diepere lagen van de Oceaan hier een rol in speelt. De mate van opwelling variëert als gevolg van fluctuaties in de THC. Als maat voor de THC wordt de AMO genomen. De PDO lijkt hier met een vertraging van 11 tot 18 jaar op te reageren. De AMO heeft enige verwarmende invloed op (een deel) van het noordelijke halfrond terwijl extra opwelling leidt tot een gemiddelde temperatuurdaling aan het oppervlak van de Stille Oceaan, geconcentreerd in de oostelijke en noordoostelijke regionen. Deze afkoeling is op mondiale schaal te merken. Voor een deel is hiermee de golfbeweging te verklaren die in de temperatuurcurve van de aarde is te zien. Wanneer de AMO in de warme fase zit, voordat de PDO daarop reageert, is het warmer zoals tussen 1930 en 1946 en tussen ruwweg 1994 en heden. Wanneer de PDO wacht om op de koude AMO te reageren is het kouder. Dit zagen we tussen 1900 en 1920 en tussen 1960 en 1977. De PDO is vanaf 1999 aarzelend in de koude fase terecht gekomen, waarin die nog wel even zou moeten blijven hangen. Zeker als ook de AMO over een jaar of tien weer kouder wordt zal dat wereldwijd een afkoelend effect kunnen hebben. Indien de cyclus doorzet zou de temperatuur tegen het midden van de komende eeuw opnieuw verder omhoog kunnen schieten. De voorlopige uitkomsten van modelstudies ondersteunen bovenstaand. Toch moeten we voorzichtig zijn met prognoses voor de toekomst. Dit alles neemt niet weg dat er een algemene opgaande trend in temperatuur is als gevolg van een toename van broeikasgassen. Maar oceaancycli hebben de opwarming de afgelopen 25 jaar versterkt waardoor er waarschijnlijk een overdreven beeld van de menselijke invloed op het klimaat is ontstaan. De komende 10 tot 30 jaar zou de natuur ‘global warming’ tegen kunnen gaan. Tot slot hebben deze oceaanmodi nog grotere effecten op regionale schaal, onder meer op neerslagpatronen. Indien er vragen of reacties zijn dan verneem ik dat graag.
Groet,
Victor de Vries
Quote selectie