Intensivering af ekstrem nedbør varierer fra region til region, viser undersøgelse

En ny undersøgelse foretaget af forskere fra MIT og det schweiziske føderale teknologiske institut i Zürich viser, at de mest ekstreme regnbegivenheder i de fleste regioner i verden vil stige i intensitet med 3 til 15 procent, afhængig af region, for hver grad celsius, som planeten opvarmer.

Hvis den globale gennemsnitstemperatur stiger med 4 grader Celsius i løbet af de næste hundrede år, som mange klimamodeller forudsiger givet relativt høje CO2 -emissioner, store dele af Nordamerika og Europa vil opleve stigninger i intensiteten af ​​ekstrem nedbør på omkring 25 procent. Nogle steder, såsom dele af den asiatiske monsunregion, vil opleve større stigninger, mens der vil være mindre stigninger i Middelhavet, Sydafrika og Australien.

Der er nogle få regioner, der forventes at opleve et fald i ekstrem nedbør, når verden opvarmes, mest placeret over subtropiske oceaner, der ligger lige uden for det tropiske, ækvatorial bælte.

Studiet, udgivet i dag i Natur klimaændringer , finder, at de varierede ændringer i ekstrem nedbør fra region til region kan forklares med forskellige ændringer i styrken af ​​lokale vindmønstre:Når en region opvarmes på grund af menneskeskabte udledninger af kuldioxid, vinder det varme loft, fugtfyldt luft op gennem atmosfæren, hvor det kondenserer og regner tilbage til overfladen. Men ændringer i styrken af ​​de lokale vinde påvirker også intensiteten af ​​en regions mest ekstreme regnbyger.

Paul O'Gorman, en medforfatter på papiret og lektor i atmosfærisk videnskab i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber, siger at være i stand til at forudsige sværhedsgraden af ​​de kraftigste regnhændelser, region for region, kunne hjælpe lokale planlæggere med at forberede sig på potentielt mere ødelæggende storme.

"Der er interesse rundt om i verden i spørgsmålet om, hvorvidt man skal justere koder for at tilpasse sig et skiftende klima og nedbør, især ved oversvømmelser, " siger O'Gorman. "Vi fandt ud af, at der er regionale variationer i den forventede nedbørsreaktion på grund af ændringer i vinden, og selvfølgelig, hvis du er interesseret i virkningerne af ekstreme nedbørsmængder, du vil gerne vide, hvad der sker i din region."

En global gittervisning

Siden 1990'erne, forskere har forudsagt baseret på klimamodeller, at intensiteten af ​​ekstreme regnhændelser rundt om i verden bør stige med stigende globale temperaturer. Aktuelle observationer har indtil videre verificeret denne tendens på et bredt, global skala. Men at vide, hvordan ekstreme storme vil ændre sig på en mere specifik, regional skala har været et vanskeligere billede at løse, da klimadata ikke er lige tilgængelige i alle lande, eller endda kontinenter, og signalet om klimaændringer maskeres af vejrstøj i højere grad på regional skala.

"Observationerne fortæller os, at der vil være stigninger [i ekstrem nedbør] på næsten alle breddegrader, men hvis du vil vide, hvad der kommer til at ske på størrelse med et kontinent eller mindre, det er et meget sværere spørgsmål " siger O'Gorman.

Han og hans kolleger begyndte deres undersøgelse med at anlægge et globalt perspektiv. De kiggede først igennem et massivt arkiv af globale simuleringskørsler, kendt som Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5), som samler output, eller forudsigelser, lavet af forskellige klimamodeller, for alt fra lokalt lufttryk til havisens tykkelse som reaktion på klimaændringer.

Til denne undersøgelse, forskerne udrangerede CMIP5-arkivet for specifikke output, inklusive daglig akkumuleret overfladenedbør og temperatur, lodret vindhastighed og tryk, og daglig atmosfærisk luftfugtighed. Disse output blev simuleret af 22 klimamodeller, for årene 1950 til 2100, under et scenarie, hvor der er relativt høje udledninger af CO2.

Holdet så på hver af de 22 modellers output på en regional, grid-by-grid basis. Hver model simulerer klimaforhold ved at dele kloden op i et gitter, med hver gittercelles side, der måler 100 til 200 kilometer. For hver celle i hver model, forskerne identificerede den maksimale daglige nedbør pr. år og sammenlignede dette med den gennemsnitlige globale temperatur for det år.

Alle 22 modeller forudsagde, at de største stigninger i ekstrem nedbør vil forekomme over dele af den asiatiske monsunregion, såsom Indien og over dele af det ækvatoriale Stillehav, med mere moderate stigninger i Nordamerika, Mellemamerika, Middelhavet, og Australien.

O'Gorman siger, at selvom det rumlige forandringsmønster var robust på tværs af modellerne, størrelsen af ​​ændringen var meget mere usikker i tropiske områder, og modellering med højere opløsning er nødvendig for at indsnævre denne usikkerhed.

For at se, hvad der påvirkede region-til-region-variabiliteten i stigninger i nedbør, teamet tilsluttede output til en fysikbaseret formel, der relaterer mængden af ​​overfladeudfældning til de lodrette vinde og mængden af ​​vanddamp i atmosfæren. De fandt ud af, at samlet set, det var forandringerne i vindene, og ikke vanddamp, som bestemte region-til-region-variationerne i ændringen i ekstrem regnintensitet.

Tropisk ekspansion

Forskerne fandt også fald i ekstreme nedbørsmængder over subtropiske havområder, hvor den overliggende atmosfære generelt er tør, producerer relativt svage stormsystemer.

"Det er lidt slående, " siger O'Gorman. "Næsten overalt, der er en stigning i ekstreme nedbørsmængder, undtagen disse havområder."

Han antyder, at dette til dels kan skyldes den igangværende udvidelse af troperne, og de tilhørende ændringer i et atmosfærisk cirkulationssystem kendt som Hadley-cellen, hvor luft stiger nær ækvator og falder længere mod polen. Da klimaet er blevet varmere i de sidste årtier, forskere har bemærket, at klimaet ved ækvator har spredt sig mod polerne, skabe et meget bredere tropisk bælte. Efterhånden som troperne og Hadley-cellen fortsætter med at udvide sig, dette ville påvirke mønstret for ekstrem nedbør, især i subtroperne.

"Subtroperne er generelt tørre, og hvis du flytter området med den faldende luftpol mod, du ville få nogle regioner med stigninger, og andre med fald [i ekstrem nedbør], "O'Gorman siger. "Men vi fandt ud af, at dette kun forklarede halvdelen af ​​faldet fra ændringer i vinden, så det er stadig noget af et mysterium, hvorfor du får et fald i ekstreme nedbørsmængder der. "

O'Gorman undersøger i øjeblikket, om varigheden af ​​ekstreme nedbørshændelser ændrer sig med stigende temperaturer, som kunne have praktiske konsekvenser for at bestemme modstandsdygtigheden af ​​bygninger og infrastruktur.

"I betragtning af en ekstrem nedbørshændelse, hvor længe varer det, sige i timer, og ændrer den tid sig med klimaopvarmningen?" siger O'Gorman. "Vi tror, ​​at intensiteten af ​​en begivenhed ændrer sig, og hvis varigheden også ændres, det kunne også have betydning."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.