Mekanismen for arktisk kold luft bryder ud i Eurasien

Det er en pålidelig hændelse nu:hver gang vi har en kold begivenhed her i USA, to offentlige samtaler begynder, som begge anvender udtrykket "polær hvirvel". De, der er mistænksomme over for klimaforandringernes virkelighed og fortsætter med at kalde det "global opvarmning", hævder, at disse polar vortex-drevne kuldebegivenheder er bevis på, at opvarmningen er falske nyheder. Andre mennesker ved, at polar havis forsvinder, mens disse polare hvirvelbegivenheder ser ud til at formere sig og forstærkes. Klimaet, folk siger, er bare ved at komme ud af kontrol. Men ny udvikling inden for klimaforskning giver støt mere mening i de forandringer, vi er vidne til.

Yutian Wu, en associeret forskningsprofessor ved Lamont-Doherty Earth Observatory og en Center for Climate and Life Fellow, er en videnskabsmand, der bidrager til vores forståelse af disse begivenheder.

Wu er klimamodeller. Klimadata kan vise en sammenhæng mellem klimahændelser og deres tilsyneladende drivere. På den anden side, klimamodeller, fordi de er afhængige af fysikkens love for at genskabe miljøets adfærd, kan etablere en årsagssammenhæng mellem observerede miljøændringer og klimahændelser.

Wu og hendes kolleger har vist, at fald i havis i Barents- og Karahavet (BKS) nord for det vestlige Rusland forårsager en reduktion i atmosfærisk trykgradient, der strækker sig op i stratosfæren. Dette reducerer styrken af ​​den jetstrøm, der omkranser bassinet og tillader polarluft at bryde ud af det arktiske bassin og sænke sig ned på Eurasien og Nordatlanten. På grund af denne forskning, det kan være muligt at forudsige, hvornår en særlig kold vinter kommer til Nordeuropa og Asien. I betragtning af de menneskelige og økonomiske omkostninger ved meget koldt vejr, dette er videnskab med målbar værdi.

Wu's arbejde viser, hvordan den opvarmning, der finder sted på de lave og midterlige breddegrader, fører til, at kold luft bryder ud af Arktis. "BKS-regionen har i mange år været kendt for at være følsom, " sagde Wu i et nyligt interview. "Havis varierer meget fra år til år der på grund af fugtindtrængning relateret til stormaktivitet over Nordatlanten. Når Nordatlanten er varmere end normalt, det får havisen til at falde."

Den ringformede zone med pludselige atmosfæriske trykændringer, der omkranser det arktiske hav og normalt holder den kolde luft inde, kaldes den arktiske oscillation (AO). I sin såkaldte positive fase, det danner en effektiv barriere, holde arktiske luftmasser over det arktiske bassin. I sin negative fase, vestlige vinde på de høje mellembreddegrader er svagere og lader den arktiske kulde trænge sydpå. Fænomenet kaldes en oscillation, fordi systemet veksler mellem positive og negative faser.

Wu og hendes forskersamfund opdagede, at faldet i havisen i BKS-regionen og den tilhørende opvarmning af den overliggende atmosfære af den varme, der frigives fra det blottede hav, svækker den stratosfæriske polarhvirvel, og den "nedadgående påvirkning" fra stratosfæren til troposfæren svækker AO's støttevæggenskaber. Tidligere undersøgelser har set på ændringer i AO uden at vurdere effekten på ekstreme vejrforhold mellem breddegrader.

Wu og hendes kolleger fandt også ud af, at mens det største tab af arktisk havis sker i det sene efterår og den tidlige vinter, virkningerne på vejrekstremiteterne i AO og mellembreddegrad varer ved gennem vinteren på grund af stratosfæriske processers lange tidsskala. Deres modelleringsstudier har potentialet til at forbedre sæsonbestemt forudsigelse af kuldehændelser på midten af ​​breddegrader over Nordatlanten og Eurasien.

For nylig, Wu arbejdede sammen med kandidatstuderende Bithi De for at undersøge indflydelsen af ​​BKS-is på den nordatlantiske oscillation (NAO), den nordatlantiske sektor af AO. "AO betragtes normalt som zonesymmetrisk, " sagde Wu, "men det er det ikke. NAO er speciel, og det påvirker markant Nordatlanten og Europa."

NAO er i en positiv fase, når trykgradienten mellem den islandske lav og Azorernes høje er stor, hvilket får vestenvinden til at være kraftig. Som Wu forklarede det, de stærke vestlige områder trænger ind i subarktis og driver den varme golfstrøm/den nordatlantiske drift overfladevand ind i den region, smeltning af havisen i Barents- og Karahavet. Men dette giver en negativ feedback - svækkelsen af ​​vestlige og AO - der vender NAO til en negativ fase. Sidstnævnte er forbundet med særligt kolde vintre i både Nordvesteuropa og det nordøstlige USA, samt voldsomme vinterregnstorme i Middelhavet. Wu og De fandt ud af, at det var vigtigt at inkorporere en betydelig del af stratosfæren i deres model for at genskabe koldluftsudbrud som reaktion på havisens tilbagegang.

Spørgsmål tilbage, imidlertid. "Havisen er kun en proces, der påvirker NAO, " sagde Wu. "Noget andet får det til at gå fra negativt til positivt igen."

Wu er stadig i begyndelsen af ​​30'erne. Hun har mange flere modeleksperimenter at udføre for at teste sine hypoteser og sin forskning. Hun afsluttede sin ph.d. i Columbia i 2011, haft stillinger ved NYU og Purdue University, og vendte derefter tilbage til Columbia i 2017 for at arbejde hos Lamont.

"Vi har en ret stor gruppe af klimaforskere til at studere virkningerne af klimaændringer, og det er et meget samarbejdende miljø, der omfatter forskere, post docs, og kandidatstuderende, " sagde Wu.

Som Center for Klima og Liv Fellow, Wu modtager delvis støtte til sin forskning. "Centrets finansiering har givet mig muligheden for mere modigt at udforske forbindelsesproblemet mellem Arktis og mellem breddegrader, " sagde Wu. "Det er også en fantastisk mulighed for at udarbejde nogle analyser, der vil hjælpe mig med at søge ekstern finansiering i fremtiden."

Da hun blev stillet det indlysende spørgsmål, "Så, er vores nuværende polarhvirvelhændelser i USA forårsaget af dette fænomen?" Wu grinede og sagde:"Sandsynligvis ikke. Jordsystemet fungerer på en meget mere kompleks måde end en enkelt mekanisme."