Computersamarbejde afslører global krusningseffekt af skiftende monsuner

Forskere fra Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory og et dusin andre internationale forskningsinstitutioner har fremstillet det mest omfattende projektion til dato, der illustrerer mulige fremtider for større monsunregioner.

Flere regioner rundt om i verden planlægger energiproduktion, landbrugspraksis og andre vigtige økonomiske bestræbelser baseret på den årlige ankomst af monsuner, hvilket medfører et sæsonbetinget skift i vindretningen, der giver perioder med konstant nedbør. Imidlertid, ukontrollerede drivhusgasemissioner kan forstyrre disse traditionelt forudsigelige begivenheder.

Ved hjælp af RegCM4, den nyeste version af en populær regional klimamodel udviklet af International Center for Theoretical Physics i Italien, teamet kørte en række simuleringer for at projektere og evaluere ændringer i ni monsunregioner på tværs af fem kontinenter. Forskerne designet simuleringerne med et stramt gitter i hver region, der havde en afstand på mindre end 16 miles, hvilket gav et væsentligt detaljeringsniveau.

Holdet, del af en global indsats kaldet det koordinerede regionale nedskaleringseksperiment, eller CORDEX, offentliggjorde sine resultater i Klimadynamik .

"Det er første gang, at en regional klimamodel er blevet brugt til at give et globalt syn på ændringer i monsunerne, "sagde hovedforfatter Moetasim Ashfaq, en klimabehandlingsforsker ved ORNL. "Det tog meget tid og kræfter at samle og analysere så højt profilerede, data i høj opløsning, og disse detaljerede simuleringer ville ikke have været mulige uden et betydeligt internationalt samarbejde. "

ORNL -forskere simulerede den sydasiatiske monsunregion ved hjælp af ressourcer fra laboratoriets Compute and Data Environment for Science og computerklyngen Eos, og resten af ​​simuleringerne blev udført på forskellige andre computercentre. Teamet afdækkede fællestræk i regionale monsunresponser på stigninger i drivhusgasemissioner. Disse svar inkluderede forsinkelser i begyndelsen af ​​monsunen, kortere monsun sæsoner og mere intense sæsonudsving.

Simuleringerne forudsagde og sammenlignede ændringer, der ville forekomme i forskellige scenarier leveret af det mellemstatslige panel for klimaændringer, eller IPCC, kendt som repræsentationskoncentrationsvej, eller RCP8.5 og RCP2.6.

RCP8.5 forudsætter, at kulstofemissioner følger et "business as usual" -scenarie uden politiske indgreb, der henviser til, at RCP2.6 er baseret på meget lavere stigninger i emissioner med aggressive afbødningspolitikker. Selvom monsunmønstrene sandsynligvis vil ændre sig for begge RCP'er, simuleringerne afslørede, at mængden af ​​ændringer sandsynligvis ville være minimal under RCP2.6, men kunne være signifikant under RCP8.5.

"Hvis emissionerne reduceres baseret på RCP2.6 ud til år 2100, simuleringerne viser, at den lange, skadelige ændringer i monsunadfærd kan for det meste undgås, "Sagde Ashfaq." Hvis du ser på det bedste tilfælde, vi ser stadig ændringer, men de er ubetydeligt forskellige fra den typiske år-til-år-variation i regionale monsuner, som samfund allerede er vant til. "

Årstider for forandring

Syv af de ni monsunregioner viste en gradvis forsinkelse i begyndelsen af ​​monsunen med en kontinuerlig stigning i de globale emissioner, hvilket kunne skabe vidtrækkende konsekvenser, der direkte påvirker cirka to tredjedele af verdens befolkning ved udgangen af ​​dette århundrede. I modsætning til de områder, der modtager relativt lige mængder nedbør på alle årstider, stærkt befolkede monsunregioner modtager 60% til 70% af deres nedbør i løbet af sommermonsunperioden.

"RCP8.5 -simuleringerne afslører robuste forsinkelser i starten af ​​regntider, der kruser gennem mange aspekter af hverdagen i disse regioner, "Sagde Ashfaq." F.eks. en monsun, der normalt starter i den første uge af juni i Sydasien og Vestafrika, kan blive forsinket så længe som 15 (dage) til 20 dage eller endda en hel måned over dele af disse regioner i slutningen af ​​det 21. århundrede. "

Selvom simuleringerne også viste en forsinkelse i slutningen af ​​regntiden, ellers kendt som monsun -død, dette skift var ikke nær så dramatisk som forsinkelsen i monsunstart, forkorte længden af ​​hele monsunsæsonen. Forskerne opdagede også, at berørte monsunregioner sandsynligvis vil se mere nedbør i løbet af denne periode, fører til mere intense regn. Omvendt resten af ​​året ville se længere tørre perioder.

Denne øgede sæsonbetingelse kan forværre forekomsten af ​​oversvømmelser, tørke, naturbrande og andre ekstreme klimahændelser, der allerede udgør udfordringer for disse regioner. Betydelige ændringer i monsunadfærd kan bidrage til udbrud af vektorbårne sygdomme, såsom kolera, dengue og malaria.

Da landbrugsaktiviteter i monsunregioner typisk er tidsbestemt til at falde sammen med den periodiske begyndelse og nedgang i regntiden, disse faktorer kan ændre produktionen af ​​regnafhængige afgrødeudbytter.

"Mere end halvdelen af ​​verdens arabica -kaffeforsyning produceres i Brasilien, og mere end 70% af den kakao, der bruges til at lave chokolade, kommer fra Vestafrika, der henviser til, at mere end en tredjedel af riseksporten kommer fra Indien og Pakistan, "Sagde Ashfaq." Hvis regionalt landbrug udsættes for forsinkelser fra begyndelsen af ​​monsunen og kortere regntider, produktionen af ​​disse typer varer vil blive reduceret og have en betydelig indvirkning på den globale økonomi. "

Mange lande i disse regioner er afhængige af vandkraft til at producere elektricitet, herunder Brasilien, som producerer 75% af sin energi via denne metode. Kortere monsun -sæsoner ville ikke give nok nedbør på det korrekte tidspunkt til at levere tilstrækkelig strøm uden at revidere den aktuelle drift.

En delikat balance

Ud over at identificere potentielle monsunændringer og deres konsekvenser, teamet undersøgte også grundårsagerne til disse skift.

I mangel af organiserede vejrsystemer og en vedvarende fugtforsyning, den relativt tørre præ-monsun-sæson modtager kun periodisk og konvektiv nedbør, som er termisk drevet. Landområder i disse regioner bliver varmere hvert år i perioden før monsunen, når normalt overfladetemperaturer på 120 grader Fahrenheit. Kombinationen af ​​konvektiv nedbør, der varmer den øvre atmosfære og varme overfladeforhold, der opvarmer den nedre atmosfære, forårsager forskelle mellem varm luft over land og hav, der tvinger den tørre sæson til at vige for monsunregn.

Imidlertid, simuleringerne afslørede, at en kontinuerlig stigning i de globale emissioner vil gøre miljøet før monsunen mindre gunstigt for konvektiv nedbør, hvilket vil forsinke opvarmningen af ​​den øvre atmosfære og overgangen fra den tørre til regntiden. En nøglefaktor, forskerne bestemte, vil reducere konvektiv nedbør i løbet af præ-monsunperioden er dannelsen af ​​et dybere og mindre mættet grænselag-en del af den lavere atmosfære, hvor fugt og energi udveksles mellem land og atmosfære.

"Den opadgående kraft, der er nødvendig for at løfte luftpakker til deres fri konvektion, stiger med dybden af ​​grænselaget, "Sagde Ashfaq." Og jo varmere stemningen er, jo mere fugt nødvendig for konvektiv ustabilitet, hvilket er afgørende for udviklingen af ​​tordenvejr. At opfylde kravet i perioden før monsunen er udfordrende på grund af den begrænsede fugtforsyning, da vinden blæser væk fra landet. "

Teamet vil bidrage med deres CORDEX -simuleringer til det regionale klimaforandringskapitel i den næste IPCC -vurdering.