Polaire amplificatie
 
Polaire versterking is het fenomeen dat elke verandering in de netto stralingsbalans (bijvoorbeeld de intensivering van het broeikaseffect) de
neiging heeft een grotere temperatuurverandering nabij de polen te veroorzaken dan in het planetaire gemiddelde. Dit wordt algemeen
aangeduid als de verhouding tussen polaire en tropische opwarming.
Op een planeet met een atmosfeer die de emissie van langgolvige straling
naar de ruimte kan beperken (een broeikaseffect), zullen de oppervlaktetemperaturen warmer zijn dan een eenvoudige berekening van
de planetaire evenwichtstemperatuur zou voorspellen. Waar de atmosfeer
of een uitgestrekte oceaan in staat is om warmte naar de polen te transporteren, zullen de polen warmer en de equatoriale gebieden koeler
zijn dan hun lokale netto stralingsbalans zou voorspellen. De polen zullen de meeste afkoeling ervaren wanneer de wereldgemiddelde temperatuur lager
is ten opzichte van een referentieklimaat. daarentegen zullen de polen de
grootste opwarming ervaren wanneer de wereldgemiddelde temperatuur
hoger is
 
In het extreme geval wordt gedacht dat de planeet Venus gedurende haar
leven een zeer sterke toename van het broeikaseffect heeft ondergaan,
zozeer zelfs dat de polen voldoende zijn opgewarmd om de oppervlakte-temperatuur effectief isotherm te maken (geen verschil tussen de polen
en de evenaar). 
 
Highslide JS
Temperatuurtrend van NASA GISS 2000-2009,
toont sterke arctische versterking
 
Op aarde zorgen waterdamp en sporengassen voor een geringer broeikaseffect, en de atmosfeer en uitgestrekte oceanen zorgen voor efficiënt warmtetransport naar de polen. Zowel paleoklimatologische veranderingen als recente veranderingen in de opwarming van de aarde hebben een sterke polaire versterking laten zien, zoals hieronder beschreven. 
 
Geschiedenis
 
Een op observaties gebaseerde studie met betrekking tot de versterking van het Noordpoolgebied werd in 1969 gepubliceerd door Mikhail Budyko,
en de conclusie van de studie is samengevat als Verlies van zee-ijs beïnvloedt de temperaturen van het Noordpoolgebied via de albedo-terugkoppeling van het oppervlak. In hetzelfde jaar werd een soortgelijk model gepubliceerd door William D. Sellers Beide studies trokken
aanzienlijke aandacht omdat ze wezen op de mogelijkheid van een op hol geslagen positieve terugkoppeling binnen het mondiale klimaatsysteem.
In 1975 publiceerden Manabe en Wetherald het eerste enigszins plausibele algemene circulatiemodel dat keek naar de effecten van een toename
van broeikasgassen. Hoewel beperkt tot minder dan een derde van de aardbol, met een moeras-oceaan en alleen landoppervlak op hoge breedtegraden, toonde het een opwarming van het Noordpoolgebied die sneller was dan die van de tropen (net als alle daaropvolgende modellen).
 
Versterkende mechanismen
Terugkoppelingen die verband houden met zee-ijs en sneeuwbedekking worden vaak aangehaald als een van de voornaamste oorzaken van
aardse polaire versterking. Deze terugkoppelingen worden met name opgemerkt bij lokale polaire versterking, hoewel recent werk heeft
aangetoond dat de terugkoppeling van de lapse rate waarschijnlijk even belangrijk is als de ijs-albedo-terugkoppeling voor Arctische versterking.
Ter ondersteuning van dit idee wordt grootschalige versterking ook waargenomen in modelwerelden zonder ijs of sneeuw. Het lijkt voort te
komen uit zowel een (mogelijk tijdelijke) intensivering van het warmtetransport richting de polen als, meer direct, uit veranderingen in de lokale
netto stralingsbalans. De lokale stralingsbalans is cruciaal omdat een algehele afname van uitgaande langgolvige straling een grotere relatieve toename van netto straling nabij de polen zal veroorzaken dan nabij de evenaar. Dus, tussen de terugkoppeling van de lapse rate en
veranderingen in de lokale stralingsbalans, kan een groot deel van de polaire versterking worden toegeschreven aan veranderingen in uitgaande langgolvige straling. Dit geldt met name voor het Noordpoolgebied, terwijl het verhoogde terrein in Antarctica de invloed van de terugkoppeling
van de gradiëntsnelheid beperkt.
 
Enkele voorbeelden van terugkoppelingen van klimaatsystemen waarvan wordt gedacht dat ze bijdragen aan recente polaire versterking zijn de afname van de sneeuwbedekking en het zee-ijs, veranderingen in de atmosferische en oceaancirculatie, de aanwezigheid van door de mens veroorzaakt roet in het Arctische milieu en een toename van de bewolking en waterdamp. CO2-forcering wordt ook toegeschreven aan polaire versterking. De meeste studies koppelen veranderingen in zee-ijs aan polaire versterking. Zowel de omvang als de dikte van het ijs beïnvloeden
de polaire versterking. Klimaatmodellen met een kleinere basisomvang van zee-ijs en een dunnere zee-ijsbedekking vertonen een sterkere polaire versterking. Sommige modellen van het moderne klimaat vertonen een Arctische versterking zonder veranderingen in de sneeuw- en ijsbedekking.
De individuele processen die bijdragen aan de opwarming van de polen zijn cruciaal voor het begrijpen van de klimaatgevoeligheid.
Polaire opwarming heeft ook invloed op veel ecosystemen, waaronder mariene en terrestrische ecosystemen, klimaatsystemen en menselijke populaties. Polaire versterking wordt grotendeels aangestuurd door lokale polaire processen met nauwelijks een externe invloed, terwijl de opwarming van de polen wordt gereguleerd door tropische en gematigde breedtegradenkrachten. Deze effecten van polaire versterking hebben
geleid tot voortdurend onderzoek naar de opwarming van de aarde.
 
Oceaancirculatie
Er wordt geschat dat 70% van de wereldwijde windenergie wordt overgebracht naar de oceaan en plaatsvindt binnen de Antarctische Circumpolaire Stroom (ACC). Uiteindelijk transporteert opwelling als gevolg van windstress koud Antarctisch water door de Atlantische oppervlaktestroom,
terwijl het wordt opgewarmd boven de evenaar en in de Arctische omgeving. Dit is vooral merkbaar op hoge breedtegraden. Opwarming in het Arctische gebied is dus afhankelijk van de efficiëntie van het wereldwijde oceaantransport en speelt een rol in het polaire wip-wapeffect.
 
Verminderde zuurstof en lage pH tijdens La Niña zijn processen die correleren met verminderde primaire productie en een meer uitgesproken poolwaartse stroming van oceaanstromingen. Er is voorgesteld dat het mechanisme van de toegenomen anomalieën in de temperatuur van
de lucht aan het aardoppervlak tijdens La Niña-periodes van ENSO kan worden toegeschreven aan het Tropically Excited Arctic Warming
Mechanism (TEAM), waarbij Rossby-golven zich meer richting de polen voortplanten, wat leidt tot golfdynamiek en een toename van de
neerwaartse infraroodstraling.
 
Versterkingsfactor
Polaire versterking wordt gekwantificeerd in termen van een polaire
versterkingsfactor, over het algemeen gedefinieerd als de verhouding van een verandering in een polaire temperatuur tot een overeenkomstige verandering
in een bredere gemiddelde temperatuur:
 
Gangbare implementaties[ definiëren de temperatuurveranderingen direct als de anomalieën in de oppervlakteluchttemperatuur ten opzichte van een recent
referentie-interval (meestal 30 jaar). Anderen hebben de verhouding van de
varianties van de oppervlakteluchttemperatuur over een verlengd interval gebruikt.
 
De glaciale/interglaciale cycli van het Pleistoceen leveren uitgebreid paleo-klimatologisch bewijs van polaire amplificatie, zowel van de Arctische als de Antarctische gebieden.[29] Met name de temperatuurstijging sinds het laatste
glaciale maximum 20.000 jaar geleden geeft een duidelijk beeld. Proxy-temperatuurregistraties van de Arctische gebieden (Groenland) en van de
Antarctische gebieden
 
Versterkingsfase
Er wordt waargenomen dat de opwarming van het Noordpoolgebied en Antarctica vaak uit fase verloopt vanwege orbitale krachten, wat resulteert in het zogenaamde polaire wip-effect.
 
Highslide JS
 De temperaturen in West-Antarctica liggen ver boven het wereldwijde gemiddelde. In Oost-Antarctica ligt dit minder.
 
Paleoklimatologische polaire versterking
De glaciale/interglaciale cycli van het Pleistoceen leveren uitgebreid paleoklimatologisch bewijs voor polaire amplificatie, zowel in het
Noordpoolgebied als in Antarctica. Met name de temperatuurstijging sinds het laatste glaciale maximum 20.000 jaar geleden geeft een duidelijk
beeld. Proxy-temperatuurgegevens uit het Noordpoolgebied  en Antarctica wijzen op polaire amplificatiefactoren in de orde van grootte van 2,0.
 
Recente versterking van het Noordpoolgebied
 
Mogelijke mechanismen die leiden tot de waargenomen versterking van het Arctische
gebied zijn onder meer de afname van het Arctische zee-ijs (open water reflecteert
minder zonlicht dan zee-ijs), het transport van atmosferische warmte van de evenaar
naar het Arctische gebied, en de terugkoppeling van de temperatuurdaling.
 

De Arctische Oceaan werd historisch beschreven als twee keer zo snel opwarmend als
het mondiale gemiddelde, maar deze schatting was gebaseerd op oudere waarnemingen
die de meer recente versnelling misten. Tegen 2021 waren er voldoende gegevens beschikbaar om aan te tonen dat de Arctische Oceaan drie keer zo snel was opgewarmd
als de aarde - 3,1 °C tussen 1971 en 2019, tegenover de mondiale opwarming van 1 °C
in dezelfde periode. Bovendien definieert deze schatting de Arctische Oceaan als alles
boven de 60e breedtegraad noorderbreedte, of een volledig derde van het noordelijk halfrond: in 2021-2022 werd ontdekt dat sinds 1979 de opwarming binnen de poolcirkel
zelf (boven de 66e breedtegraad) bijna vier keer sneller is geweest dan het mondiale gemiddelde. Binnen de poolcirkel zelf vindt een nog grotere versterking van de Arctische
Zee plaats in het gebied van de Barentszzee, met hotspots rond de West-Spitsbergenstroom.
 
Highslide JS
 Het donkere oceaanoppervlak reflecteert slechts
 6 procent van de binnenkomende zonnestraling,
 terwijl zee-ijs 50 tot 70 procent reflecteert.
eerstations op het pad ervan registreren een opwarming die tot zeven keer sneller is dan het mondiale gemiddelde  Dit heeft geleid tot zorgen dat,
in tegenstelling tot de rest van het Arctische zee-ijs, de ijsbedekking in de Barentszzee permanent kan verdwijnen, zelfs bij ongeveer 1,5 graad opwarming van de aarde.
De versnelling van de versterking van het Noordpoolgebied is niet lineair geweest: een analyse uit 2022 wees uit dat deze in twee scherpe stappen plaatsvond, waarbij de eerste rond 1986 plaatsvond en de laatste na 2000. De eerste versnelling wordt toegeschreven aan de toename van antropogene stralingsforcering in de regio, wat op zijn beurt waarschijnlijk verband houdt met de vermindering van de stratosferische zwavelaerosolvervuiling in Europa in de jaren 1980 om zure regen te bestrijden. Omdat sulfaataerosolen een verkoelend effect hebben, is het waarschijnlijk dat hun afwezigheid de temperaturen in het Noordpoolgebied met maximaal 0,5 graden Celsius heeft doen stijgen. De tweede versnelling heeft geen bekende oorzaak, en is daarom niet in klimaatmodellen te zien. Het is waarschijnlijk een voorbeeld van multi-decadale natuurlijke variabiliteit, zoals het gesuggereerde verband tussen de temperaturen in het Noordpoolgebied en de Atlantische Multi-decadale
Oscillatie (AMO), in welk geval verwacht kan worden dat deze in de toekomst zal omkeren. Maar zelfs de eerste toename van de versterking
van het Arctisch gebied werd slechts nauwkeurig gesimuleerd door een fractie van de huidige CMIP6-modellen. Recente studies tonen aan dat het Arctisch gebied sinds 1979 bijna vier keer sneller is opgewarmd dan het mondiale gemiddelde, waarbij gebieden als de Barentszzee te maken
krijgen met temperaturen die tot zeven keer hoger liggen, hetgeen de dringende noodzaak onderstreept om de klimaatverandering op de polen
aan te pakken.
 
Mogelijke gevolgen voor het weer op gemiddelde breedtegraden
Sinds het begin van de jaren 2000 hebben klimaatmodellen consequent vastgesteld dat de opwarming van de aarde de straalstromen geleidelijk richting de polen zal duwen. In 2008 werd dit bevestigd door observatiegegevens, die aantoonden dat de noordelijke straalstroom van 1979 tot 2001 met een gemiddelde snelheid van 2,01 kilometer per jaar noordwaarts bewoog, met een vergelijkbare trend in de straalstroom op het
zuidelijk halfrond. Klimaatwetenschappers hebben de hypothese geopperd dat de straalstroom ook geleidelijk zal verzwakken als gevolg van de opwarming van de aarde. Trends zoals afname van het zee-ijs in het Noordpoolgebied, verminderde sneeuwbedekking, evapotranspiratiepatronen
en andere weersanomalieën hebben ervoor gezorgd dat het Noordpoolgebied sneller opwarmt dan andere delen van de wereld, in wat bekend
staat als de Arctische amplificatie. In 2021-2022 werd ontdekt dat sinds 1979 de opwarming binnen de poolcirkel bijna vier keer sneller is geweest dan het wereldwijde gemiddelde,en sommige hotspots in het Barentszzeegebied warmden tot zeven keer sneller op dan het wereldwijde gemiddelde. Hoewel het Noordpoolgebied vandaag de dag nog steeds een van de koudste plekken op aarde is, zal de temperatuurgradiënt tussen het Noordpoolgebied en de warmere delen van de wereld met elk decennium van opwarming van de aarde blijven afnemen als gevolg van deze versterking. Als deze gradiënt een sterke invloed heeft op de straalstroom, zal deze uiteindelijk zwakker en variabeler in zijn loop worden,
waardoor meer koude lucht uit de polaire vortex naar de middelste breedtegraden zou kunnen lekken en de voortgang van Rossby-golven zou vertragen, wat zou leiden tot aanhoudender en extremer weer.
 
Hoewel sommige paleoklimatologische reconstructies hebben gesuggereerd dat de polaire vortex variabeler wordt en onstabieler weer veroorzaakt tijdens periodes van opwarming in 1997, werd dit tegengesproken door klimaatmodellering, simulaties iontdekten dat de Arctische Oscillatie (AO)
veel zwakker en negatiever was tijdens het laatste glaciale maximum, en suggereerden dat warmere periodes een sterkere positieve fase AO
hebben, en dus minder frequente lekken van de polaire vortexlucht. Een review uit 2012 in het Journal of the Atmospheric Sciences merkte echter
op dat "er een significante verandering [is] geweest in de gemiddelde toestand van de vortex gedurende de 21e eeuw, wat resulteerde in een zwakkere, meer verstoorde vortex", wat in tegenspraak was met de modelleringsresultaten, maar paste bij de Francis-Vavrus-hypothese. Bovendien merkte een onderzoek uit 2013 op dat de toenmalige CMIP5 de neiging had de winterblokkeringstrends sterk te onderschatten, en ander onderzoek uit 2012 had gesuggereerd dat er een verband bestond tussen het afnemende zee-ijs in het Noordpoolgebied en de hevige sneeuwval tijdens de winters op gematigde breedtegraden.

Bronnen: Wikipedia-nl, Wikipedia-de