De koude inversielaag in de Arctische gebieden in de winter versterkt de opwarming doordat het de infrarode afkoeling van het systeem niet of nauwelijks doet toenemen.
In het artikel Arctic winter warming amplified by the thermal inversion and consequent low infrared cooling to space wordt de relatie tussen de infrarode atmosferische afkoeling en Arctische opwarming onderzocht. Het artikel van R. Bintanja, R. G. Graversen and W. Hazeleger (KNMI) is op 16 oktober 2011 gepubliceerd in Nature Geoscience. Ze gebruiken hierbij het recentelijk ontwikkelde mondiale klimaatmodel EC-Earth.
Waarnemingen laten zien dat in de laatste eeuw de oppervlaktetemperatuur in het Arctische gebied sterker is toegenomen dan de mondiaal gemiddelde temperatuur. De versterkte Arctische opwarming is vooral tijdens de laatste decennia opgetreden. Het gaat samen met een drastische teruggang in zowel het oppervlak als de dikte van het zeeijs. De versterkte Arctische opwarming is kwalitatief in overeenstemming met simulaties met klimaatmodellen.
De gesimuleerde opwarming varieert echter sterk tussen de verschillende klimaatmodellen, wat aangeeft dat we de sterkte van, en interacties tussen de verschillende versterkende terugkoppelingen nog niet goed begrijpen. We weten van een aantal aspecten dat ze een belangrijke rol spelen: zeeijs en sneeuw, het poolwaartse energietransport in de atmosfeer en oceaan, waterdamp, en wolken.
De potentieel niet-versterkende maar juist dempende rol van infarode straling heeft nog relatief weinig aandacht gekregen. De eigenschappen van de Arctische atmosfeer, in het bijzonder de grenslaaginversie in de winter, hebben tot gevolg dat de infrarode uitstraling (of afkoeling) naar de ruimte op een cruciaal punt verschilt van de situatie in bijvoorbeeld de gematigde breedtes. Dit heeft belangrijke gevolgen voor de klimaatgevoeligheid van het Arctische klimaatsysteem.
Gebruik makend van geïdealiseerde klimaatveranderingexperimenten met het state-of-the-art mondiale klimaatmodel EC-Earth (ontwikkeld door het KNMI in een internationaal consortium) is aangetoond dat de afkoelende werking van de Arctische atmosfeer afneemt met toenemende grenslaag-inversie (en dus met afnemende menging, zie figuur).
De koude inversielaag in het Arctische gebied versterkt derhalve de opwarming doordat de infrarode afkoeling belemmerd wordt. De reden hiervoor is dat de koude inversielaag, waar de opwarming voornamelijk plaatsvindt, nauwelijks bijdraagt aan de uitgaande infrarode straling.
Er vindt in feite een ontkoppeling plaats: de toenemende temperaturen van de koude en droge luchtlagen nabij het oppervlak leiden niet of nauwelijks tot meer infrarode afkoeling. Omdat elke opwarming tot een toegenomen emissie leidt, moet de extra infrarode straling wel naar beneden gericht zijn. Hier draagt het in belangrijke mate bij aan versterking van de opwarming.
De algemene conclusie is dus dat de koude inversielaag in de Arctische gebieden in de winter de opwarming versterkt doordat het de infrarode afkoeling van het systeem niet of nauwelijks doet toenemen. Dit is een positieve terugkoppeling die in belangrijke mate bijdraagt aan de grote opwarming van de Arctische gebieden.