Tropiske tordenvejr skal vokse sig stærkere, når verden varmes op

Tordenvejr vil blive mere intense i troperne og subtroperne i dette århundrede som følge af klimaændringer, ifølge ny forskning.

Tordenvejr er blandt naturens mest spektakulære fænomener, producerer lyn, kraftig nedbør, og nogle gange ærefrygtindgydende skyformationer. Men de har også en række vigtige indvirkninger på mennesker og økosystemer.

For eksempel, lyn produceret af tordenvejr er en vigtig udløser for bushbrande globalt, mens haglstormen, der ramte Sydney i april 1999, fortsat er Australiens dyreste naturkatastrofe nogensinde.

I betragtning af skaden forårsaget af tordenvejr i Australien og rundt om i verden, det er vigtigt at spørge, om de vil vokse i frekvens og intensitet, når planeten opvarmes.

Vores vigtigste værktøjer til at besvare sådanne spørgsmål er globale klimamodeller - matematiske beskrivelser af jordsystemet, der forsøger at redegøre for de vigtige fysiske processer, der styrer klimaet. Men globale klimamodeller er ikke finskaleret nok til at simulere individuelle tordenvejr, som typisk kun er få kilometer på tværs.

Men modellerne kan fortælle os om de ingredienser, der øger eller mindsker kraften i tordenvejr.

Bryder en storm op

Tordenvejr repræsenterer den dramatiske frigivelse af energi lagret i atmosfæren. Et mål for denne lagrede energi kaldes "konvektiv tilgængelig potentiel energi", eller CAPE. Jo højere CAPE, jo mere energi er der til rådighed til at forsyne updrafts i skyer. Hurtige opstrømninger flytter ispartikler i kulden, øvre områder af et tordenvejr hurtigt opad og nedad gennem stormen. Dette hjælper med at adskille negativt og positivt ladede partikler i skyen og fører til sidst til lynnedslag.

For at skabe tordenvejr, der forårsager skadelig vind eller hagl, ofte omtalt som kraftige tordenvejr, en anden faktor er også påkrævet. Dette kaldes "lodret vindforskydning", og det er et mål for ændringerne i vindhastighed og retning, når du stiger gennem atmosfæren. Lodret vindskydning hjælper med at organisere tordenvejr, så deres op- og nedløb bliver fysisk adskilt. Dette forhindrer nedstrømningen i at afskære energikilden til tordenvejret, lader stormen fortsætte i længere tid.

Ved at estimere effekten af ​​klimaændringer på disse miljøegenskaber, vi kan vurdere de sandsynlige virkninger af klimaændringer på alvorlige tordenvejr.

Stormfuld vejrudsigt

Min forskning, udført med amerikanske kolleger og offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences, gør netop det. Vi undersøgte ændringer i den energi, der er tilgængelig for tordenvejr over troperne og subtroperne i 12 globale klimamodeller under et "business as usual"-scenarie for drivhusgasemissioner.

I hver model, dage med høje værdier af CAPE blev hyppigere, og CAPE-værdierne steg som reaktion på den globale opvarmning. Dette var tilfældet for næsten alle regioner i troperne og subtroperne.

Disse simuleringer forudsiger, at dette århundrede vil bringe en markant stigning i hyppigheden af ​​forhold, der favoriserer alvorlige tordenvejr, medmindre drivhusemissionerne kan reduceres væsentligt.

Tidligere undersøgelser har lavet lignende forudsigelser for alvorlige tordenvejr i det østlige Australien og USA. Men vores er den første til at studere troperne og subtroperne som helhed, en region, der er præget af nogle af de kraftigste tordenvejr på Jorden.

Hvad driver den øgede energi?

Forskellige klimamodeller, konstrueret af forskellige forskningsgrupper rundt om i verden, alle er enige om, at global opvarmning vil øge den energi, der er tilgængelig for tordenvejr – en forudsigelse, der understreges af vores nye forskning. Men vi er nødt til at forstå, hvorfor det sker, for at være sikker på, at effekten er reel og ikke et produkt af fejlagtige modelantagelser.

Mine kolleger og jeg har tidligere foreslået, at høje niveauer af CAPE kan udvikle sig i troperne som følge af den turbulente blanding, der opstår, når skyer trækker luft ind fra deres omgivelser. Denne blanding forhindrer atmosfæren i at sprede den tilgængelige energi for hurtigt. I stedet, energien opbygges i længere tid og frigives i mindre hyppige, men mere intense storme.

Når klimaet opvarmes, mængden af ​​vanddamp, der kræves til dannelse af skyer, stiger. Dette er resultatet af et velkendt termodynamisk forhold kaldet Clausius-Clapeyron-forholdet. I et varmere klima betyder det, at forskellen i fugtigheden mellem skyerne og deres omgivelser bliver større. Som resultat, blandemekanismen bliver mere effektiv til at opbygge den tilgængelige energi. Det her, vi skændes, tegner sig for stigningen i CAPE set i vores modelsimuleringer.

I vores nye undersøgelse, vi testede denne idé i en global klimamodel ved kunstigt at øge styrken af ​​blandingen mellem skyer og deres omgivelser. Som forventet, denne ændring medførte en stor stigning i den energi, der er tilgængelig for tordenvejr i vores model.

En anden forudsigelse af vores hypotese er, at dage med både høje værdier af CAPE og kraftig nedbør har en tendens til at forekomme, når atmosfæren er mindst fugtig i sine midterste niveauer (i højder af nogle få kilometer). Brug af rigtige data fra vejrballoner, vi bekræftede, at dette er tilfældet på tværs af troperne og subtroperne.

Hvad det betyder for fremtidige tordenvejr

Modellerne forudser, at den tilgængelige energi til tordenvejr vil stige, efterhånden som Jorden opvarmes. Men hvor meget mere intens bliver storme egentlig som følge heraf?

Svaret på det spørgsmål er i øjeblikket usikkert, og at svare på det er det næste job for mig, og andre forskere rundt om i verden.

Men det er klart, at gennem vores fortsatte udledning af drivhusgasser, vi øger den tilgængelige brændstof til de kraftigste tordenvejr. Præcis hvor meget stærkere vores fremtidige tordenvejr i sidste ende bliver, er endnu uvist.