Wat de energiecycli van andere planeten ons kunnen vertellen over klimaatverandering op aarde

Wetenschappers denken soms aan de atmosfeer van een planeet als een motor. Potentiële energie, geleverd door warmte van een ouderster, wordt omgezet in kinetische energie, waardoor winden worden geproduceerd die rond de planeet draaien en stormen veroorzaken.

Deze hittemotor op aarde is efficiënter geworden door de klimaatverandering en een grotere efficiëntie is niet noodzakelijk positief in deze context. Het kan gevaarlijkere cyclonen, orkanen en stormen op aarde betekenen, volgens een team van planetaire wetenschappers die hun kennis van de energiecycli van andere planeten toepassen op de verstoorde klimaatpatronen van de aarde onder door de mens veroorzaakte klimaatverandering.

"We vonden de efficiëntie van het omzetten van potentiële energie in kinetische energie de afgelopen 35 jaar toegenomen, zodat er meer kinetische energie beschikbaar is om meer stormen te ontwikkelen," zei Liming Li, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Houston. [Hurricane Watch: hoe satellieten enorme stormen vanuit de ruimte volgen]

LI en zijn collega's publiceerden onlangs hun onderzoek in het tijdschrift Nature Communications

Klimaatwetenschappers waarschuwen dat destructieve stormen een grotere bedreiging zullen vormen naarmate de planeet warmer wordt. De nieuwe studie laat zien dat de energiecyclus van de atmosfeer een manier zou kunnen zijn om die stormactiviteit te 'diagnosticeren' en te begrijpen, zei Li.

Li en zijn collega's hebben gegevens geanalyseerd van de Cassini-missie van NASA tot het Saturnus-systeem en de Juno-missie naar Jupiter om de atmosferen van andere werelden in het zonnestelsel te bestuderen. Li is een deelnemend wetenschapper op een aantal instrumenten van Cassini en Juno. Zijn team ontdekte dat Saturn's grootste maan, Titan, een uitgebalanceerd energiebudget heeft (net als de aarde), en het team onderzocht hoe een gigantische storm op Saturnus, tienduizenden kilometers breed, veranderde hoe de planeet zonne-energie absorbeerde.

Li dacht dat zijn onderzoek over planetaire energie voor de buitenplaneten ook relevant zou kunnen zijn voor de aarde.

"Ik wilde deze ideeën van planetaire energie toepassen op onze thuisplaneet -Earth- om te onderzoeken of de energiecyclus ons kan helpen de aanhoudende klimaatverandering beter te begrijpen," zei Li.

In 1955 bedacht de MIT-wetenschapper Edward Lorenz - die ons chaostheorie en "het vlindereffect" gaf - een complexe formule om uit te leggen hoe potentiële energie wordt omgezet in kinetische energie in de atmosfeer. Van de zogenaamde Lorenz-energiecyclus is bekend dat deze het klimaat en het weer beïnvloedt. Vroegere studies die variaties in de cyclus bestreken, bestreken korte perioden, slechts tot 10 jaar, niet lang genoeg om die waarnemingen te koppelen aan goed gedocumenteerde recente veranderingen in het klimaat, zoals het broeikaseffect.

"Onze studie is de eerste om [de langetermijnvariaties van de energiecyclus] te controleren, die voornamelijk gebaseerd is op de moderne satellietobservaties," zei Li.

Om potentiële en kinetische energieën te berekenen, keken Li en zijn collega's naar gegevens over wind- en temperatuurvelden verzameld door observatoria en satellieten op de grond tussen 1979 en 2013. De onderzoekers ontdekten dat de totale mechanische energie van de globale atmosfeer in de tijd hetzelfde was , maar de kinetische energie in verband met stormen leek toe te nemen.

"De stijgende trend op de lange termijn is een of andere manier een verrassing," zei Li.

Li legde uit dat een manier om de efficiëntie van een hittemotor te meten is om te kijken naar de verhouding tussen de inkomende energie en de dissiperende energie. De studie vond ook een toename van de dissipatie van energie in de tijd, wat impliceert dat onze atmosferische motor met grotere efficiëntie werkt.

Dit nieuwe onderzoek zal waarschijnlijk niet direct van invloed zijn op voorspellingen van de klimaatverandering die verder gaan dan de meer algemene voorspelling van meer stormen in de toekomst, zei Li. De studie identificeerde echter enkele hotspots waar de positieve trend in stormenergieën bijzonder sterk lijkt te zijn. De meeste van die hotspots bevonden zich op het zuidelijk halfrond, met name de stormbaan rond Antarctica. Maar er werden ook verhoogde stormenergieën gevonden boven de centrale Stille Oceaan, waar wetenschappers al een intensivering van tropische cyclonen hebben gedocumenteerd.

Een groep wetenschappers heeft het Lorenz-energiebudget voor Mars al berekend en met betere observaties van andere planeten zei Li dat vergelijkende studies van planetaire atmosferen mogelijk zullen zijn.

Dergelijke studies zouden ons een "breed perspectief" geven om atmosferische en klimaatsystemen te begrijpen, zei Li.

"Vooral de klimaatevolutie in het verleden op Mars, waarin Mars veranderde van een warme en natte planeet naar de huidige koude en droge wereld, zal ons helpen de klimaatverandering op onze thuisplaneet beter te begrijpen en te voorspellen," voegde Li eraan toe.