Recent onderzoek naar de kantelende circulatie in de Atlantische Oceaan onthult de complexiteit en onvoorspelbaarheid van het klimaatsysteem, waardoor het idee van directe waarschuwingssignalen voor klimaatrampen ter discussie wordt gesteld. De studie onderstreept het belang van het omarmen van de complexe dynamiek van klimaatsystemen en de noodzaak van een geïntegreerde klimaatwetenschappelijke benadering.
Nieuwe wiskundige modellen van de Atlantische meridionale omslag – een systeem van oceaanstromingen – tonen een grotere complexiteit dan eerder werd gedacht.
Een internationaal team van wetenschappers heeft gewaarschuwd om niet te vertrouwen op de natuur die duidelijke “early warning”-indicatoren voor een klimaatcatastrofe levert, nu nieuwe wiskundige modellen fascinerende nieuwe aspecten van de complexiteit van de klimaatdynamiek onthullen.
Dit suggereert dat het klimaatsysteem onvoorspelbaarder kan zijn dan eerder werd gedacht.
Door de Atlantische meridionale kantelcirculatie, een van de belangrijkste oceaanstromingssystemen, te modelleren, ontdekte het team, waaronder wiskundigen van de Universiteit van Leicester, dat de stabiliteit van het systeem veel complexer is dan eenvoudige ‘aan en uit’-toestanden zoals eerder werd aangenomen. . De transformaties tussen deze landen kunnen leiden tot grote veranderingen in het regionale klimaat van de Noord-Atlantische regio, maar ze staan verre van de enorme effecten van de transformatie tussen kwalitatief verschillende landen.
Maar sommige van deze kleine verschuivingen kunnen uiteindelijk escaleren en een grote verschuiving veroorzaken tussen kwalitatief verschillende landen, met enorme mondiale klimaateffecten. Vroege waarschuwingssignalen zijn mogelijk niet in staat de ernst van de volgende keerpunten te onderscheiden. Net als bij een Jenga-bloktoren kan het verwijderen van enkele blokken de stabiliteit van het systeem beïnvloeden, maar we kunnen er niet zeker van zijn welk blok het hele systeem zal laten instorten.
Professor Valerio Lucarini van de School voor Wiskunde en Informatica, Universiteit van Leicester. Krediet: Universiteit van Leicester
Publicatie en belang van resultaten
Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Vooruitgang van de wetenschap In een onderzoekspaper uitgevoerd door het Niels Bohr Instituut van de Universiteit van Kopenhagen.
De Atlantische meridionale kantelcirculatie is een van de meest fundamentele kenmerken van het klimaatsysteem. Het transporteert warmte van lage naar hoge breedtegraden in de Noord-Atlantische Oceaan, en helpt zo positieve thermische afwijkingen te creëren in Noord- en West-Europa en in de benedenwindse Noord-Atlantische regio. Een vertraging van de bloedcirculatie zou in deze regio tot een relatieve afkoeling leiden.
Uitdagingen bij klimaatvoorspelling
Het voorspellen van het gedrag van ons klimaat, zoals dat van de Atlantische meridionale circulatie, is een uitdaging vanwege de verbazingwekkende complexiteit ervan. Wetenschappers hebben óf een model nodig met de hoogst mogelijke nauwkeurigheid, óf ze proberen het gedrag ervan te begrijpen met behulp van een model dat minder middelen vergt en nauwkeurige statistische analyses mogelijk maakt.
Professor Valerio Lucarini, van de School voor Wiskunde en Informatica van de Universiteit van Leicester, zei: “Binnen elke staat zijn er een groot aantal nabijgelegen staten. Afhankelijk van waar of wat u waarneemt, kunt u enkele aanwijzingen vinden dat er een ineenstorting nadert. Maar het is niet duidelijk of deze ineenstorting beperkt zal blijven tot de buurlanden of tot grote verstoringen zal leiden, omdat de indicatoren alleen de lokale kenmerken van het systeem weerspiegelen.
“Deze staten vertegenwoordigen de verschillende manieren waarop de Atlantische omvallende circulatie zichzelf op grote schaal organiseert, met grote gevolgen voor het mondiale klimaat en vooral op regionaal niveau in de Noord-Atlantische Oceaan. In sommige scenario’s zou de circulatie een ‘omslagpunt’ kunnen bereiken.” Het systeem is niet langer stabiel en zal instorten. Vroege waarschuwingsindicatoren vertellen ons dat het systeem mogelijk overgaat naar een andere staat, maar we weten niet hoe anders het zou kunnen zijn.'
“In een afzonderlijk onderzoek zagen we iets soortgelijks gebeuren in paleoklimaatregistraties: wanneer je de tijdschaal van belang verandert – net als een vergrootglas – kun je steeds kleinere onderscheidende kenmerken ontdekken die wijzen op concurrerende werkingswijzen van het mondiale klimaat. “Paleoklimaat gegevens van de afgelopen 65 miljoen jaar hebben ons dat mogelijk gemaakt. Het afgelopen jaar heeft een nieuwe verklaring opgeleverd voor de evolutie van het klimaat gedurende die periode, waarbij deze meerdere concurrerende staten aan het licht zijn gekomen.
“Deze studie maakt de weg vrij om naar het klimaat te kijken door de lens van de statistische mechanica en de complexiteitstheorie. Het stimuleert echt een nieuwe kijk op het klimaat, waarbij je complexe numerieke simulaties, observationeel bewijsmateriaal en theorie moet synthetiseren tot een onontkoombare mix. Je moet waardeer en omarm deze complexiteit.Kortom, er is geen gratis lunch in ons begrip van het klimaat, maar we kunnen er veel van leren.
Referentie: “De onderbroken evenwichtsanalyse van de Cenozoïsche klimaatevolutie toont een hiërarchie van abrupte overgangen” door Denis Didier Rousseau, Witold Pajniewski en Valerio Lucarini, 12 juli 2023, Wetenschappelijke rapporten.
doi: 10.1038/s41598-023-38454-6
Financiering: Horizon 2020 Kaderprogramma, Danmarks Frie Forskningsfond, Europese Onderzoeksraad
