Stratospheric Winds Shape Winter Precipitation in the American Southwest

In het Amerikaanse zuidwesten is water de valuta van het leven. Van de uitgestrekte steden in Arizona en Nevada tot de landbouwvalleien in Californië; de economie van de regio en haar mensen zijn afhankelijk van een kwetsbare voorraad regen en sneeuw. Het grootste deel van deze vitale vochtigheid komt aan tijdens de wintermaanden, wanneer stormen die vanaf de Stille Oceaan binnenrollen sneeuw op de bergen laten vallen. Deze sneeuwlaag fungeert als een natuurlijk reservoir, dat in de lente langzaam smelt om rivieren en reservoirs gedurende de droge zomer te voeden. Omdat de regio zo aride is, is het voorspellen van hoeveel regen en sneeuw er in een bepaalde winter zal vallen van cruciaal belang voor waterbeheerders. Decennialang hebben wetenschappers vertrouwd op één krachtig klimaatpatroon, bekend als de El Niño–Zuidelijke Oscillatie, om deze voorspellingen te doen. Dit patroon houdt verband met veranderingen in de oceaan temperaturen in de tropische Stille Oceaan die de weerpatronen wereldwijd verschuiven. Deze traditionele tool heeft echter een blinde vlek: het vermogen om winterregen in het zuidwesten te voorspellen is het zwakst aan het begin van het seizoen, precies wanneer de eerste grote stormen kunnen arriveren.

Een nieuwe studie van onderzoekers aan de Universiteit van Utah suggereert dat de sleutel tot het vullen van deze kloof niet in de oceaan ligt, maar hoog boven de aarde in de stratosfeer. De wetenschappers richtten zich op een regelmatig windpatroon dat hoog in de atmosfeer rond de evenaar cirkelt, bekend als de quasi-bieniale oscillatie. Dit patroon bestaat uit winden die ongeveer elke 28 maanden wisselen tussen het blazen van het oosten en van het westen. Hoewel deze winden ver verwijderd zijn van het oppervlaksweer dat wij ervaren, ontdekten de onderzoekers dat ze fungeren als een verborgen schakelaar voor winterstormen in het Amerikaanse zuidwesten. Door decennia aan weerdata te analyseren, merkte het team op dat de richting van deze hooggelegen winden in de herfst een sterke voorspeller kan zijn voor de vraag of de komende vroege winter nat of droog zal zijn, een signaal dat vaak ontbreekt in traditionele, op de oceaan gebaseerde voorspellingen.

De onderzoekers begonnen door te kijken naar de historische registratie van winterneerslag in het hele zuidwesten, die de periode van december tot en met maart beslaat. Ze vergeleken deze regenvalgegevens met twee belangrijke klimaatfactoren: de El Niño–Zuidelijke Oscillatie en de stratosferische winden. Wat naar voren kwam, was een duidelijke seizoensgebonden taakverdeling. Het op de oceaan gebaseerde El Niño-signaal is inderdaad krachtig, maar het heeft de neiging om naarmate de winter vordert sterker te worden, waardoor het het meest betrouwbaar is voor het voorspellen van regen in februari en maart. In contrast hiermee is het signaal van de stratosferische winden het sterkst in de vroege wintermaanden van december en januari. Wanneer de winden hoog boven de evenaar vanuit het westen blazen, heeft het zuidwesten de neiging een drogere vroege winter te ervaren. Wanneer die winden vanuit het oosten blazen, is de regio eerder geneigd natte omstandigheden te zien. Deze bevinding is significant omdat het onthult dat de twee klimaatfactoren het beste werken op verschillende momenten van het seizoen, waardoor ze elkaars blinde vlekken effectief afdekken.

Om te begrijpen hoe dit werkt, onderzocht het team de werkelijke beweging van de atmosfeer. Ze ontdekten dat wanneer de stratosferische winden in de "oost"-fase verkeren, zij een verschuiving veroorzaken in het pad van de straalstroom boven de Noordelijke Pacific. Deze verschuiving beweegt het stormtraject iets naar het noorden, waardoor meer vocht rechtstreeks het Amerikaanse zuidwesten in wordt gestuurd tijdens de vroege winter. Omgekeerd, wanneer de winden in de "west"-fase verkeren, blijft het stormtraject verder naar het zuiden of verzwakt het, waardoor de regio droger blijft. Dit mechanisme verklaart waarom de stratosferische winden een zo goede voorspeller zijn voor december en januari. De studie merkte ook op dat het op de oceaan gebaseerde El Niño-signaal anders werkt later in het seizoen, waarbij het de straalstroom versterkt op een manier die regen brengt in februari en maart. Door informatie te combineren van zowel de hooggelegen winden als de oceaan temperaturen, waren de onderzoekers in staat om een veel completer beeld te creëren van wat er de hele winter te verwachten valt.

De onderzoekers testten de waarde van deze nieuwe aanpak door een statistisch model te bouwen om winterneerslag te voorspellen. Wanneer zij alleen de traditionele oceaandata gebruikten, kon het model ongeveer 21 procent van de jaar-op-jaar veranderingen in neerslag verklaren. Echter, toen zij de informatie van de stratosferische winden toevoegden, sprong het vermogen van het model om de variatie te verklaren naar 37 procent. Deze bijna verdubbeling van de voorspellende kracht suggereert dat het negeren van de stratosfeer een grote hoeveelheid nuttige informatie onbenut laat. Het gecombineerde model was bijzonder succesvol in het correct voorspellen van de richting van het weer; het voorspelde correct of een winter natter of droger dan gemiddeld zou zijn in 72 procent van de bestudeerde gevallen. In jaren waarin zowel de oceaan als de stratosfeer in dezelfde richting wezen, steeg het succespercentage naar 80 procent.

Deze ontdekking biedt een tastbaar pad voor het verbeteren van seizoensgebonden vooruitzichten in een regio met een beperkte watervoorraad. De onderzoekers wezen erop dat de omstandigheden voor de komende winter van 2026–2027 lijken samen te vallen op een manier die in realtime getest kan worden. Voorspellingen suggereren dat El Niño-omstandigheden aanwezig zullen zijn, wat doorgaans gunstig is voor nattere late winters, terwijl de stratosferische winden naar verwachting in de fase zullen zijn die gunstig is voor natte vroege winters. Als deze combinatie standhoudt, zou dit kunnen resulteren in een bijzonder nat seizoen voor het zuidwesten. Hoewel de studie niet beweert het probleem van weersvoorspelling volledig te hebben opgelost, demonstreert het dat het kijken naar hoger in de atmosfeer een helderder beeld kan geven van de aankomende winter. Voor een regio waar elke druppel water telt, kan het begrijpen van deze subtiele verbindingen tussen de hemel en de grond het verschil kunnen betekenen tussen droogte en overvloed.