Et opvarmende Arktis producerer ekstreme vejrforhold på vores breddegrader

Atmosfæriske forskere ved Alfred Wegener Instituttet, Helmholtz Center for Polar- og Havforskning (AWI) har udviklet en klimamodel, der nøjagtigt kan afbilde jetstrømmens hyppigt observerede snoede forløb, en større luftstrøm over den nordlige halvkugle. Gennembruddet kom, da forskerne kombinerede deres globale klimamodel med en ny maskinlæringsalgoritme om ozonkemi. Ved at bruge den kombinerede model, de demonstrerer, at jetstrømmens bølgelignende forløb om vinteren og efterfølgende ekstreme vejrforhold som udbrud af kold luft i Centraleuropa og Nordamerika er det direkte resultat af klimaændringer. Deres resultater blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter den 28. maj 2019.

Årevis, klimaforskere over hele kloden har undersøgt spørgsmålet om, hvorvidt jetstrømmens snoede forløb over den nordlige halvkugle – observeret med stigende hyppighed i de senere år – er et produkt af klimaændringer, eller et tilfældigt fænomen, der kan spores tilbage til naturlige variationer i klimasystemet. Udtrykket "jetstrøm" refererer til et kraftigt bånd af vestlig vind over de midterste breddegrader, som presser store vejrsystemer fra vest mod øst. Disse vinde pisker rundt på planeten i en højde af cirka 10 kilometer, er drevet af temperaturforskelle mellem troperne og Arktis, og i fortiden, ofte nået tophastigheder på op til 500 kilometer i timen.

Men i disse dage, som observationer bekræfter, vinden vakler i stigende grad. De blæser sjældnere langs et lige forløb parallelt med Ækvator; i stedet, de fejer henover den nordlige halvkugle i massive bølger. På tur, om vinteren, disse bølger producerer usædvanlige indtrængen af ​​kold luft fra Arktis til de midterste breddegrader - som den ekstreme kulde, der ramte Midtvesten i USA sidst i januar 2019. Om sommeren, en svækket jetstrøm fører til langvarige hedebølger og tørre forhold, som dem man oplever i Europa i f.eks. 2003, 2006, 2015 og 2018.

Maskinlæring giver klimamodellen mulighed for at forstå ozonens rolle

Disse grundlæggende forbindelser har været kendt i nogen tid. Alligevel, det var ikke lykkedes for forskere realistisk at skildre jetstrømmens vaklende forløb i klimamodeller eller påvise en sammenhæng mellem de vaklende vinde og globale klimaforandringer. Atmosfæriske forskere ved AWI i Potsdam har nu passeret den forhindring ved at supplere deres globale klimamodel med en innovativ komponent til ozonkemi. "Vi har udviklet en maskinlæringsalgoritme, der giver os mulighed for at repræsentere ozonlaget som et interaktivt element i modellen, og ved at gøre det, at afspejle interaktionerne fra stratosfæren og ozonlaget, " siger førsteforfatter og AWI-atmosfærisk forsker Erik Romanowsky. "Med det nye modelsystem kan vi nu realistisk gengive de observerede ændringer i jetstrømmen."

Ifølge holdets resultater, havisens tilbagetog og den medfølgende øgede aktivitet af atmosfæriske bølger skaber en betydelig, ozonforstærket opvarmning af den polære stratosfære. Da de lave polære temperaturer danner jetstrømmens motor, de stigende temperaturer i stratosfæren får det til at vakle. På tur, denne svækkelse af jetstrømmen breder sig nu nedad fra stratosfæren, producerer ekstreme vejrforhold.

Den svækkede jetstrøm skyldes klimaændringer

Ud over, med den nye model kan forskerne også nærmere analysere årsagerne til den bugtende jetstrøm. "Vores undersøgelse viser, at ændringerne i jetstrømmen i det mindste delvist skyldes tabet af arktisk havis. Hvis isdækket fortsætter med at svinde, vi tror, ​​at både hyppigheden og intensiteten af ​​de ekstreme vejrbegivenheder, der tidligere er observeret på de mellemste breddegrader, vil stige, " siger prof Markus Rex, Leder af Atmosfærisk Forskning ved AWI. "Ud over, vores resultater bekræfter, at de hyppigere forekommende kolde faser om vinteren i USA, Europa og Asien er på ingen måde en modsætning til den globale opvarmning; hellere, de er en del af menneskeskabte klimaforandringer. "

Holdets indsats repræsenterer også et betydeligt teknologisk fremskridt:"Efter den vellykkede brug af maskinlæring i denne undersøgelse, vi bruger nu for første gang kunstig intelligens i klimamodellering, hjælper os med at nå frem til mere realistiske klimamodelsystemer. Dette rummer et enormt potentiale for fremtidige klimamodeller, som vi mener vil levere mere pålidelige klimafremskrivninger og derfor et mere robust grundlag for politisk beslutningstagning, " siger Markus Rex.

Under den arktiske ekspedition MOSAiC, som begynder i september, og hvor den tyske forskningsisbryder Polarstern vil drive gennem det centrale Arktis sammen med havisen i et helt år, forskerne planlægger at indsamle de seneste is- og atmosfæriske data. Dette vil hjælpe dem med at anvende den nye klimamodel til fremtiden, for at simulere den fremtidige udvikling af det arktiske klima og havis. Som Markus Rex forklarer, "Vores mål er at forstå i detaljer, hvordan det arktiske havisens tilbagetog vil udvikle sig - for først da vil vi være i stand til at måle, hvordan og i hvilken skala ændringerne i Arktis vil føre til ekstreme vejrforhold på de mellemste breddegrader."