Klimasimuleringsprojekt vådere, blæsende orkaner

Nye supercomputersimuleringer fra klimaforskere ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har vist, at klimaændringer intensiverede mængden af ​​nedbør i de seneste orkaner som Katrina, Irma, og Maria med 5 til 10 procent. De fandt endvidere ud af, at hvis disse orkaner skulle opstå i en fremtidig verden, der er varmere end den nuværende, disse storme ville have endnu mere nedbør og stærkere vind.

Studiet, "Antropogene påvirkninger på store tropiske cyklonbegivenheder, " vil blive offentliggjort den 15. november i tidsskriftet Natur . For at nå frem til deres konklusioner modellerede Berkeley Lab-forskere Christina Patricola og Michael Wehner 15 historiske tropiske cykloner, eller orkaner, som de kaldes i Atlanterhavet, og simulerede dem i forskellige tidligere og forventede fremtidige klimascenarier. Formålet med undersøgelsen var at undersøge, hvordan opvarmning forårsaget af menneskelige aktiviteter kan have påvirket disse storme og kunne påvirke lignende storme i fremtiden.

"Vi er allerede begyndt at se menneskeskabte faktorer, der påvirker tropisk cyklonregn, " sagde Patricola, en videnskabsmand i Berkeley Labs Earth and Environmental Sciences Area og hovedforfatter af undersøgelsen. "Og vores simuleringer indikerer kraftigt, at som tiden går, kan vi forvente at se endnu større stigninger i nedbør."

Patricola valgte 15 tropiske cykloner, der har fundet sted i løbet af det sidste årti over hele kloden - inklusive Atlanterhavet, Stillehavet, og Indiske Oceaner - og kørte højopløselige klimasimuleringer af disse storme i forskellige scenarier, forskellige faktorer såsom luft- og havtemperaturer, fugtighed, og drivhusgaskoncentrationer. "Det er svært at opklare, hvordan klimaændringer kan påvirke tropiske cykloner ved at bruge observationer alene, fordi optegnelser før satellit-æraen er ufuldstændige, og den naturlige variabilitet i tropiske cykloner er stor, " hun sagde.

Hun delte undersøgelsen op i to dele, en til at analysere virkningerne af klimaændringer indtil videre, og den anden til at projicere ind i fremtiden, at forstå, hvordan forskellige niveauer af global opvarmning kan ændre tropisk cyklonintensitet og nedbør.

Hun fandt ud af, at et opvarmende klima allerede har gjort nedbøren mere intens, med 5 til 10 procent, men har indtil videre ikke påvirket vindhastighederne nævneværdigt i de orkaner, der er behandlet i denne undersøgelse. Men hvis klimaet fortsætter med at varme, spidsvindhastigheder kan stige med så meget som 25 knob, eller omkring 29 mph.

'Hindcast' tilskrivningsmetode

Forskerne brugte, hvad Wehner, en ekstrem vejrekspert i Berkeley Labs Computational Research Division, kalder hindcast-tilskrivningsmetoden, som han beskriver som det samme som en prognose, bortset fra at begivenheden allerede er sket "så du har potentielt flere oplysninger at bruge."

Wehner og Patricola brugte samme metode sidste år i en analyse af en alvorlig Colorado-storm i 2013, der forårsagede rekordoversvømmelser. "Du kan helt sikkert bruge din ekspertvurdering på en bedre måde bagefter, " sagde han. "Så du simulerer begivenheden i verden, der var, efterfulgt af simulering af en kontrafaktisk storm i en verden, der kunne have været, hvis mennesker ikke havde ændret klimasystemet."

For eksempel, ved at modellere orkanen Katrina i et præindustrielt klima og igen under de nuværende forhold, og tager forskellen mellem resultaterne, forskere kan fastslå, hvad der kan tilskrives menneskeskabt opvarmning. Imidlertid, designet af undersøgelsen tillod ikke forskerne at undersøge spørgsmålet om, hvorvidt orkaner vil blive hyppigere, eller om de vil bevæge sig anderledes, såsom den måde, orkanen Harvey gik i stå i flere dage over Houston.

Wehner advarer også om, at der kun blev brugt én klimamodel (Weather Research and Forecasting-modellen, udviklet af National Center for Atmospheric Research), og at tilliden vil blive øget, når resultaterne gentages i andre modeller.

Mere regn, stærkere vinde

Ud over det præindustrielle scenarie, Patricola og Wehner simulerede også de tropiske cykloner, der opstår i tre fremtidige klimascenarier, kendt som RCP4.5, RCP6.0, og RCP8.5, hver repræsenterer stigende niveauer af drivhusgasemissioner og global opvarmning. Siden begyndelsen af ​​det 20. århundrede, gennemsnitlige globale overfladetemperaturer er steget omkring 1 grad Celsius; i RCP8.5, det mest ekstreme scenarie, temperaturerne ventes at stige yderligere 3 til 4 grader.

De fandt ud af, at nedbør kunne stige 15 til 35 procent i fremtidige scenarier. Vindhastigheden steg med så meget som 25 knob, selvom de fleste orkaner oplevede stigninger på 10 til 15 knob. "Det faktum, at næsten alle de 15 tropiske cykloner reagerede på samme måde, giver tillid til resultaterne, " sagde Patricola.

Et andet interessant fund var, at strukturen af ​​storme kan ændre sig, hvor nedbøren er mere intens i orkanens øje, men mindre intens på yderkanterne. "I en varmere verden røver den indre del af stormen fugt fra den ydre del af stormen, " sagde Wehner.

Nuværende state-of-the-art langsigtede klimasimuleringer nærmer sig opløsninger på 25 kilometer og finere, som bredt kan repræsentere tropiske cykloner. Imidlertid, vigtige funktioner i finere skala, såsom skyklynger, kan kun tilnærmes på den skala, med ukendte implikationer for klimafremskrivninger. Dette motiverede Berkeley Lab-teamet til at køre deres simuleringer med en opløsning på 4,5 kilometer, hvilket tillod en vis repræsentation af skyklynger. De fandt ud af, at den finere rumlige skala ikke ændrede de kvalitative aspekter af deres konklusioner.

"Vi fandt ud af, at klimaændringernes indflydelse på vinden og nedbøren fra orkanen Katrina er ufølsom over for modelopløsning mellem 3 km og 25 km, " sagde Patricola. "Dette er gode nyheder, fordi det antyder, at vi kan have mere tillid til fremskrivninger fra globale klimamodeller ved opløsninger på mindst 25 km, som bliver mere almindelige."

Med 15 orkaner simuleret i fem klimascenarier, hver gentages 10 gange, undersøgelsen brugte millioner af computertimer på Cori-supercomputeren ved Berkeley Labs National Energy Research Scientific Computing Center. "NERSC var helt afgørende for at kunne få denne forskning lavet, " sagde Patricola. "Nogle undersøgelser har set på, hvordan individuelle storme kan have ændret sig på grund af klimaændringer. En af de vigtige ting ved denne undersøgelse er, at vi var i stand til at bruge den samme klimamodel og metode til 15 storme, som giver os mulighed for at vurdere, hvor robuste resultaterne er, og det var aldrig blevet gjort før."

Patricola understreger vigtigheden af ​​at bruge både observationer og klimamodeller til at forstå klimasystemet. Flere undersøgelser, herunder en fra Berkeley Lab udgivet sidste år i Geofysiske forskningsbreve , fandt ud af, at klimaændringer øgede nedbøren fra orkanen Harvey, baseret på statistisk analyse af observationer. "Når begge tilgange stemmer overens, vi kan have mere tillid til resultaterne, " sagde hun. "Forskere er ved at nå til enighed om, at global opvarmning vil føre til stigninger i nedbør fra tropiske cykloner. En af de resterende usikkerheder er, hvor meget."