Standsede vejrmønstre vil blive større på grund af klimaændringer

Klimaændringer vil øge størrelsen af ​​standsede højtryksvejrsystemer kaldet "blokerende begivenheder", som allerede har produceret nogle af det 21. århundredes mest dødelige hedebølger, ifølge en undersøgelse fra Rice University.

Atmosfæriske blokerende begivenheder er mellem breddegrader, højtrykssystemer, der forbliver på plads i dage eller endda uger. Afhængigt af hvornår og hvor de udvikler sig, blokerende begivenheder kan forårsage tørke eller regnskyl og hedebølger eller kuldeperioder. Blokerende begivenheder forårsagede dødelige hedebølger i Frankrig i 2003 og i Rusland i 2010.

Ved at bruge data fra to sæt omfattende klimamodelsimuleringer, Risvæskedynamikerne Ebrahim Nabizadeh og Pedram Hassanzadeh, og kolleger fandt, at området for blokering af begivenheder på den nordlige halvkugle vil stige med så meget som 17 % på grund af menneskeskabte klimaændringer. Studiet, som er tilgængelig online fra Geofysiske forskningsbreve , var medforfatter af Da Yang fra Lawrence Berkeley National Laboratory og University of California, Davis, og Elizabeth Barnes fra Colorado State University.

Hassanzadeh, en assisterende professor i maskinteknik og i Jorden, miljø- og planetvidenskab, bruger beregningsmæssig, matematiske og statistiske modeller til at studere atmosfæriske strømme relateret til en bred vifte af problemer fra ekstreme vejrbegivenheder til vindenergi. Han sagde, at forskere i stigende grad har været interesseret i at lære, hvordan klimaændringer kan påvirke blokerende begivenheder, men de fleste undersøgelser har fokuseret på, om blokerende begivenheder vil blive hyppigere, efterhånden som atmosfæren opvarmes på grund af drivhusgasemissioner.

"Tidligere undersøgelser har set på, om man får mere eller mindre blokerende begivenheder med klimaændringer, " sagde han. "Spørgsmålet, ingen havde stillet, er, om størrelsen af ​​disse begivenheder vil ændre sig eller ej. Og størrelsen er meget vigtig, fordi de blokerende begivenheder er mere virkningsfulde, når de er større. For eksempel, hvis højtrykssystemet bliver større, du vil få større hedebølger, der påvirker flere mennesker, og du vil sandsynligvis få stærkere hedebølger."

Nabizadeh, en maskiningeniørstuderende ved Rice's Brown School of Engineering, satte sig for at besvare spørgsmålet for to år siden. Ved at bruge en hierarkisk modelleringstilgang, han begyndte med eksperimenter på en model af atmosfærisk turbulens, der er langt enklere end den virkelige atmosfære.

Den simple model, som fanger den grundlæggende dynamik ved blokering af begivenheder, tillod Nabizadeh at foretage en stor del af udforskningen. Ved at lave små ændringer i en eller anden parameter, han kørte tusindvis af simuleringer. Derefter blev dataene analyseret ved hjælp af en kraftfuld dimensionsanalyseteknik kaldet Buckingham-Pi-sætningen, som ofte bruges til at designe store og komplekse tekniske systemer, der involverer væskestrømme.

Målet var at finde en skaleringslov, en matematisk formel, der beskrev størrelsen af ​​en blokerende begivenhed ved hjælp af variabler, som klimaforskere allerede studerer og forstår. Nabizadeh startede med skaleringslove, der er blevet udviklet til at forudsige størrelsen af ​​daglige vejrmønstre, men han fandt ud af, at ingen af ​​variablerne var prædiktive for blokerende begivenheder.

Hans vedholdenhed betalte sig til sidst med en simpel formel, der relaterer området for blokering af hændelser til bredden, breddegrad og styrke af jetstrømmen, som alle er velundersøgte og målte.

"Jeg holdt et foredrag om dette for nylig, og en af ​​folkene kom efter og sagde:'Dette er magisk, at disse kræfter lægger op, og pludselig får du det rigtige svar.' Men det krævede meget arbejde af Ebrahim at få dette elegante enkle resultat, " han sagde.

På et tidspunkt, Nabizadeh havde analyseret dataene fra mange simuleringer og lavet en sammenligning, der inkluderede side på side med figurer, og Hassanzadeh sagde, at opdagelsen af ​​skaleringsloven blev opmuntret af et usandsynligt agentur:Texas Department of Motor Vehicles (DMV).

"Ebrahim tog til DMV en weekend, og jeg tog til DMV ugen efter, og på DMV skal du sidde og du har ikke noget at lave, " sagde han. "Så efter at have stirret på disse tal i timevis, vi indså, at dette er den rigtige skalering."

De sammenlignede også resultaterne af den simple model med outputtet fra stadig mere komplekse modeller af Jordens vejr og klima. Nabizadeh sagde, at skaleringsloven forudsagde ændringer i størrelsen af ​​fremtidige vinterblokeringsbegivenheder i omfattende klimamodelsimuleringer med bemærkelsesværdig nøjagtighed.

"Det klarer sig bedre til vinterbegivenheder end sommerbegivenheder af grunde, vi endnu ikke forstår, " sagde Nabizadeh. "Vores resultater tyder på, at fremtidige undersøgelser bør fokusere på bedre forståelse af sommerblokke og også hvordan større blokeringsbegivenheder kan påvirke størrelsen, omfanget og vedvarende af ekstreme vejrbegivenheder som hedebølger."