Wolken boven de Arctische winter: geen knop die 'aan' of 'uit' klikt
Je kent het wel: op sommige winterdagen is de lucht strak blauw en helder, en op andere dagen hangt er een dik wolkendek. Boven de Arctische regio is dit verschil extreem groot en het heeft grote gevolgen voor hoe snel het daar opwarmt. Wetenschappers dachten dat er een soort schakelaar in het systeem zit die tussen "helder" en "bewolkt" omklikt. Nieuw onderzoek laat zien dat dit beeld waarschijnlijk niet klopt.
De lucht boven de Arctische regio in de winter zit eigenlijk altijd in een van twee standen. Ofwel de lucht is helder en laat warmte gemakkelijk weglekken naar de ruimte, ofwel er hangt een wolkendek dat als een deken werkt en warmte vasthoudt. Metingen laten zien dat er bijna niets tussenin bestaat: het is vaak het een of het ander. Dat noemen onderzoekers "bimodaal" gedrag, wat betekent dat er twee duidelijke pieken zijn in plaats van één brede middenweg.
Eerdere studies dachten dat dit kwam door "bistabiliteit": een systeem met twee stabiele evenwichtstoestanden, zoals een knikker die aan een van de twee kanten van een heuveltje kan liggen. Volgens die theorie zou het systeem zelf naar een van de twee standen toe bewegen, en zou er iets nodig zijn om het over de heuvel naar de andere stand te duwen.
Een onderzoeksteam analyseerde vijftien winters aan meetgegevens uit Ny-Alesund, een meetstation in Noorwegen hoog in het noorden. Ze gebruikten een wiskundige methode die de gemiddelde beweging van het systeem (de "drift") los bekijkt van de willekeurige schommelingen (de "ruis" of "fluctuaties") erin. Het resultaat: er is maar één stabiel evenwichtspunt, niet twee. Het idee van een systeem met twee vaste standen houdt dus geen stand.
Wat wel opvalt: de willekeurige schommelingen zijn veel groter rond het omslagpunt tussen helder en bewolkt weer. Het systeem zit dus meestal rustig rond dat ene stabiele punt, maar bij de overgang naar wolken slaat het flink uit, alsof er even flink gestampt wordt op een wip die daar toevallig het meest gevoelig voor is. Die extra beweging zorgt voor het schijnbare "aan-of-uit"-patroon in de metingen, niet een systeem met twee aparte standen.
De onderzoekers zagen ook dat het weer bepaalt waar dat ene stabiele punt ligt. Bewolkte omstandigheden gaan samen met wind uit het zuidwesten, vochtige lucht en opstijgende luchtstromen, precies de ingrediënten die wolken laten ontstaan. Helder weer hoort bij droge lucht en wind uit het noordoosten. Een mogelijke verklaring: wolken ontstaan pas zodra de lucht verzadigd is met vocht, dus zodra er geen ruimte meer is voor extra waterdamp. Kleine schommelingen in luchtvochtigheid kunnen daardoor plotseling grote schommelingen in bewolking veroorzaken, precies rond dat kantelpunt.
Wat betekent dit (nog) niet: Dit onderzoek zegt niets over hoeveel de Arctische regio in de toekomst opwarmt of hoe snel dat gaat. Het gaat om één onderzoeksteam dat metingen van één locatie (Ny-Alesund) over vijftien winters heeft geanalyseerd. Of dit patroon overal in de Arctische regio precies zo werkt, is nog niet vastgesteld. De studie verandert vooral hoe wetenschappers het gedrag van wolken wiskundig moeten beschrijven, niet de verwachtingen over klimaatverandering zelf.