For at forstå klimaændringer, vi skal forstå vejret nu

Klimaforskere har i årtier vidst, at der er mere til klimaændringer end højere temperaturer. Havniveauet stiger, skovbrande brænder og tørker mindsker vandforsyningen over hele kloden.

Ekstreme vejrbegivenheder, såsom orkaner og tordenvejr, vil sandsynligvis også blive værre. Men for at forudsige, hvor meget disse storme vil ændre sig i en varmere verden, vi skal forstå, hvordan de fungerer i det nuværende klima.

Dan Chavas, en assisterende professor i atmosfærisk videnskab ved Purdue University, forsøger at løse det dilemma.

"Når folk spørger, hvordan storme vil ændre sig i fremtiden, mit spørgsmål er, "Hvor godt forstår vi, hvordan det fænomen fungerer i klimaet generelt?" sagde han. "Nogle gange bliver det mellemtrin sprunget over. Hvis du ikke har en grundlæggende forståelse af forholdet mellem klima og hvilken slags storm du kigger på, det er svært at sige, at du kan svare på spørgsmålet om klimaændringer."

På trods af at de forårsager hundredvis af dødsfald og skader for milliarder af dollars hvert år i USA, der er meget om orkaner, vi stadig ikke forstår. Beliggenhed, vandtemperatur, tryk og skycirkulation spiller alle en rolle i stormens ultimative sværhedsgrad, men det er ikke helt klart, hvordan de arbejder sammen.

Forskere forstår endnu ikke, hvad der bestemmer størrelsen af ​​en orkan, enten. Storme kan være meget store eller meget små og have samme maksimale vindhastighed. Som ekspert i ekstremt vejrs fysik, meget af Chavas' arbejde til dato har fokuseret på, hvad der styrer størrelsen af ​​en orkan, og hvordan vindhastigheden ændrer sig som en funktion af afstanden fra stormens centrum.

For nylig, han er begyndt at prøve at finde ud af, hvad der bestemmer frekvensen, hvor orkaner dannes. Der er omkring 90 tropiske storme på Jorden hvert år, men ingen ved rigtigt, hvad der styrer det tal.

"Dette er et stort åbent spørgsmål inden for vores felt - vi ved ikke, hvorfor der ikke er ni eller 900, " sagde Chavas. "Jeg forsker i dannelsen af ​​orkaner for at finde ud af, hvorfor de dukker op, hvor de gør, hvad styrer frekvensen, og hvordan det varierer med breddegrad og generelt med rum og tid."

Chavas bruger computermodeller til at simulere storme på Jorden. I sin forskning, han sammenligner ofte to versioner af planeten - en, der ligner den faktiske Jord, og en meget forenklet version, hvor jord ikke eksisterer, oceanerne dækker planeten fuldstændigt, og solen skinner det samme overalt.

I denne imaginære, ukompliceret verden, der er tusindvis af tropiske cykloner.

"De har en masse interessante egenskaber, der potentielt er meget relevante for den virkelige verden, " sagde Chavas. "Som en biolog bruger en mus eller en frugtflue som et forsøgssted, vi bruger en forenklet version af Jorden. Vi kan manipulere, hvad der sker der - få verden til at dreje dobbelt så hurtigt, eller gør det større eller mindre – og test teori."

For et rigtig godt bud på, hvordan ekstremt vejr vil ændre sig i fremtiden, forskere ville have brug for en fysisk forståelse af, hvordan disse fænomener fungerer sammen med prognosesimuleringer - for at se på dem begge samtidigt og se, om de matcher.

Men spændingen mellem fysikteori og virkelige fænomener inden for vejr- og klimavidenskab gør dette vanskeligt. Mange fysikere arbejder i omgivelser, der er enklere end det faktiske klimasystem, nogle gange så meget, at deres resultater ikke gælder for den virkelige verden.

På den anden side, vejrudsigten har en tendens til at være praktisk orienteret. Mange meteorologer er fokuserede på at skabe nøjagtige prognoser, og hvis de kan gøre det, de ser mindre behov for at forstå den underliggende fysik. Ved at bringe sine forskningsresultater fra den forenklede verden til den virkelige verden, Chavas lukker dette hul.

"Vi kan altid simulere klimaet ind i fremtiden, men det hjælper meget, hvis vi har teorier til at forstå, hvordan vejrfænomener fungerer, og hvordan de opstår i et system, der strækker sig til ethvert klima, " sagde han. "Hvis vi ved, hvordan tingene vil ændre sig, uanset om klimaet er 10 grader varmere eller 10 grader køligere, eller hvis et andet aspekt af klimasystemet ændres, så kan vi endelig sige, at vi forstår det rigtig godt."

At have computerkraft til at køre en global klimamodel, der løser mindre storme, blev først en realitet i det sidste årti. Klimamodeller kan forudsige ændringer i nedbør ret godt, men når de bevæger sig mod orkaner og tornadoer, disse mindre systemer bliver sværere at løse. De modeller, der anvendes af det mellemstatslige panel om klimaændringer, FN-organet, som udarbejder regelmæssige klimaændringsvurderingsrapporter, omfatter slet ikke tornadoer.

Uden enorme klimamodeller til at give nøjagtige forudsigelser af hårdt vejr, Chavas har vendt sit fokus tættere på hjemmet, i Rocky Mountains.

"En hypotese, der har svævet rundt i det videnskabelige samfund i lang tid, siger, at der er et hot spot for alvorlige tordenvejr og tornadoer over Nordamerika, " sagde han. "Ideen er, at det at have Rocky Mountains mod vest og Den Mexicanske Golf mod syd skaber et befordrende miljø for ekstreme vejrbegivenheder."

Hvis bjergene er afgørende for stormdannelse, derefter fjernelse af dem burde eliminere hårdt vejr (så hypotesen lyder). Hypotetisk set, på en planet fuldstændig dækket af vand, der ville ikke være voldsomme tordenvejr.

Chavas er for nylig begyndt at teste disse antagelser i klimamodeller, hvor han manipulerer disse funktioner på en imaginær Jord. Han håber at offentliggøre foreløbige resultater om dette inden for de næste par måneder.

"Hvilke funktioner er afgørende for dannelsen af ​​hårdt vejr, og hvordan kan størrelsen af ​​tordenvejr og tornadoaktivitet afhænge af aspekter af bjergene, eller forholdet mellem, hvor bjerget og vandmasserne er?" sagde han. "Mest forskning til dato tager kun hensyn til vores nuværende konfiguration af nordamerikansk topografi og landoverflader, hvorfra vi kan lave antagelser om, hvordan det giver anledning til hårdt vejr på Jorden. Men indtil vi laver eksperimenter, hvor vi ændrer disse parametre, vi vil ikke være sikre på, at vi forstår disse systemer særlig godt."