Moeder, waarom is het zo warm?

Europa heeft dit jaar al vroeg te kampen met een hittegolf. Op vele plaatsen sneuvelden de voorbije week temperatuurrecords. Bij ons was de nacht van 3 op 4 juli de warmste nacht sinds het begin van de metingen, in Duitsland liep de temperatuur op sommige plaatsen op tot 40.3 °C – ook een record. Van Londen tot Córdoba was het bakken. Maar waarom?

De schuld van de straalstroom, zou Armand Pien zeggen. Deze band van snelle wind op zo’n 10 km hoogte bepaalt immers in belangrijke mate het weer in West-Europa. Beweegt de straalstroom ten noorden van ons, dan krijgen we warme lucht uit het zuiden, bevindt de straalstroom zich ten zuiden van ons, dan is het hier wat kouder. Als hij boven ons hoofd hangt, dan is het tijd voor de paraplu.

Eind juni vormde de straalstroom een omega block met de buiging ter hoogte van Zuid-Scandinavië (onderstaande figuur toont de situatie op 30 juni). Het gevolg was een aanhoudend hogedrukgebied dat de warme lucht uit het zuiden tot bij ons en verder liet doordringen. Een soortgelijke situatie deed zich voor in augustus 2003, toen we te kampen hadden met de sterkste hittegolf in West-Europa sinds het begin van de waarnemingen.

Ons weer wordt dus bepaald door de straalstroom, maar op zijn beurt wordt de straalstroom ook beïnvloed door de resulterende temperatuur aan de grond. Hoge temperaturen onderdrukken wolkenvorming en versterken de hogedrukrug die via het zonnige weer leidt tot nog hogere temperaturen.

Een belangrijke rol in de sterkte van deze feedback is weggelegd voor de bodem, en meerbepaald voor het water in de bodem. Droge bodems versterken hittegolven. Bodemwater zorgt er immers voor dat een deel van de inkomende zonnestraling gebruikt wordt voor evapotranspiratie – de som van verdamping van bodemvocht en transpiratie door planten. Is de bodem vochtig, dan wordt slechts een beperkt deel van de inkomende zonnestraling gebruikt om het aardoppervlak (en vervolgens de lucht erboven) op te warmen.

Bovendien geeft het verdampte water aanleiding tot afkoelende wolken. Omgekeerd kunnen droge bodems veel sterker opwarmen en wordt wolkenvorming sterk onderdrukt doordat weinig water verdampt uit de bodem. Ook transpiratie daalt, aangezien planten bij droogte de poriën die zorgen voor gasuitwisseling (CO₂ in, water uit), sluiten om hun waterverlies te beperken. Studies hebben aangetoond dat de Europese hittegolf van 2003, en de Russische hittegolf van 2010, niet zo extreem zouden geweest zijn als de bodems al niet uitgedroogd waren.

Wat staat ons te wachten als het klimaat verandert?

Verwacht wordt dat hittegolven frequenter en intenser zullen worden. Logisch: als de gemiddelde temperatuur stijgt, stijgt de kans op een hittegolf en lopen temperaturen hoger op. Maar er is veel meer. Ook hier is een belangrijke rol weggelegd voor de straalstroom. De straalstroom wordt aangedreven door het drukverschil tussen Noordpool en evenaar, en dat drukverschil wordt bepaald door het temperatuurverschil tussen beide. Hoe groter het verschil in temperatuur (en dus ook luchtdruk), hoe sneller en rechter de straalstroom beweegt. Omdat de aarde in het noordpoolgebied sneller opwarmt dan in de tropen, daalt het drukverschil tussen beiden (Figuur 3). De straalstroom zwakt af, hij begint meer en meer te meanderen, en blijft ook vaak langer boven dezelfde plaats hangen (de straalstroom blokkeert als het ware). In de zomer zorgt dit ervoor dat we rond de middelste breedtegraad (o.a. in België) vaker te maken krijgen met een hittegolf, die ook nog eens langer kan duren.

De straalstroom bepaalt ook de sterkte van de polaire vortex: een windcirculatie rond de Noordpool die de extreem lage temperatuur daar gevangen houdt. Een afzwakking van de straalstroom zwakt ook de polaire vortex af, waardoor ijskoude polaire lucht kan afzakken naar het zuiden. Op die manier kan opwarming van de aarde leiden tot gemiddeld hogere temperaturen met toch extreme koudegolven wanneer in de winter de straalstroom zich ten zuiden van ons bevindt. In de winter van 2012, bijvoorbeeld, was het aan de Noordpool 4 °C warmer dan normaal, maar op de middelste breedtegraad slechts 1 °C warmer. Door het kleinere temperatuursverschil verloor de straalstroom kracht en begon hij heel sterk te meanderen. Grote dalen in de straalstroom (tot 30° NB i.p.v. normaal 50° NB) bleven langdurig ter plaatse hangen, waardoor de ijskoude, polaire lucht heel West-Europa in een koudegolf gevangen hield (zie onderstaande figuur).

Kunnen we de huidige hittegolf toeschrijven aan klimaatverandering?

Het antwoord daarop zal nog een tijdje achterwege blijven en hangt natuurlijk af van het verdere verloop deze zomer. Het is moeilijk te bepalen of een bepaalde gebeurtenis te wijten is aan klimaatverandering, of slechts deel uitmaakt van de natuurlijke variabiliteit. Lange tijd hebben de steeds voorzichtige wetenschappers aangegeven dat we een enkele weersgebeurtenis niet zomaar kunnen toeschrijven aan klimaatverandering, maar dat het geheel van gebeurtenissen daar wel onmiskenbaar op wijst. De laatste tijd wordt de rol van klimaatverandering echter nog duidelijker.

Sommige extreme weersgebeurtenissen zouden lang niet zo extreem geweest zijn als de aarde niet was opgewarmd. Superstorm Sandy in de VS (2012) is hier een voorbeeld van. Ook de statistieken liegen er niet om: de vijf warmste zomers in Europa tussen 1500 en 2010 vinden we allemaal terug na de eeuwwisseling (zie onderstaande figuur). In een studie die verscheen in april dit jaar toonden Fisher & Knutti aan dat bij de huidige opwarming van 0.85 °C zo’n 75% van de extreem warme dagen te wijten is aan de klimaatverandering. Bij een opwarming van 2 °C zal de kans op een extreem warme dag vervijfvoudigen ten opzichte van vandaag.

Intussen verplaatste de straalstroom zich gelukkig richting het westen. Dat zorgde bij ons voor een (tijdelijke) verkoeling met wat wind en regen, dankzij de (rand van de) staalstroom boven ons hoofd. Tegen het weekend zal de straalstroom weer ten noorden van ons bewegen, en wordt het dus weer wat warmer.

Dit artikel verscheen eerder op ons blogportaal SciLogs.

Auteur Sara Vicca doet aan de Universiteit Antwerpen onderzoek naar klimaatverandering en koolstofcycli, en hoe die ecosystemen beïnvloeden. In 2014 won Vicca de Eos Pipet, een bekroning voor beloftevolle jonge onderzoekers.