Ekstremt vejr fra stratosfæren

ETH klimaforsker Daniela Domeisen har dokumenteret, hvordan stratosfæren påvirker ekstreme vejrbegivenheder. Det, der overraskede hende, var det store udvalg af potentielle påvirkninger. Hun forklarer, hvad det betyder for klimaforskning og langsigtede vejrudsigter.

ETH News:I din nye undersøgelse, du har samlet mange eksempler på ekstreme vejrbegivenheder, der er forbundet med, hvad der sker i stratosfæren. Men vi har altid fået at vide, at sådanne ekstreme begivenheder skyldes global opvarmning. Er det ikke længere tilfældet?

Daniela Domeisen:Nej, det er stadig sandt. Forskere har længe vidst, at stratosfæren – det atmosfæriske lag mellem 15 og 50 kilometer over jordens overflade – også påvirker overfladevejret. Men meget få mennesker har undersøgt, hvordan stratosfæren også kan forårsage og påvirke ekstreme begivenheder. Det viser vi i vores undersøgelse.

Hvad er nogle eksempler på ekstreme begivenheder forbundet med stratosfæren?

Ekstreme kuldebilleder på den nordlige halvkugle er de mest grundigt undersøgte blandt de diskuterede ekstreme vejrforhold. Disse kan opstå, når den polære hvirvel i stratosfæren pludselig opvarmes og kollapser - som det sker lige nu. Et andet eksempel er rækken af ​​alvorlige storme, der ramte England i februar 2020, fører til kraftige oversvømmelser. Det var bemærkelsesværdigt, at stormene alle fulgte samme vej. Dette havde en direkte forbindelse til, hvad der skete i stratosfæren på det tidspunkt:Tilbage i februar, polarhvirvelen var usædvanlig stærk, hvilket gjorde det muligt for den at stabilisere stormenes vej. Typisk, storme skifter ofte vej, men i dette tilfælde, de blev ved med at følge samme vej. Vi fandt også beviser på, at stratosfæren spiller en rolle i andre ekstremer, for eksempel de ekstreme skovbrande i Australien og miniorkaner i det arktiske hav.

Overraskede det store antal af sådanne ekstreme begivenheder dig?

Ja. Det er, hvad undersøgelsen bringer frem i lyset. I løbet af vores forskning, vi blev ved med at finde yderligere indikationer for sammenhænge mellem disse uregelmæssige vejrforhold og stratosfæren.

Hvorfor er det næsten altid områder på den nordlige halvkugle, der er berørt? Er sådanne begivenheder simpelthen mindre almindelige på den sydlige halvkugle?

Det er et tilfælde af publikationsbias:der er langt flere undersøgelser af ekstreme begivenheder på den nordlige end på den sydlige halvkugle. Skovbrandene i Australien er et glimrende eksempel på en begivenhed på den sydlige halvkugle. Den polare hvirvel over den sydlige halvkugle kollapsede meget tidligere end normalt, som opmuntrede de voldsomme brande. Så er der det faktum, at der bor flere mennesker på den nordlige end på den sydlige halvkugle, fordi sidstnævnte har færre landmasser. I øjeblikket, vi ved meget lidt om, i hvor høj grad stratosfæren påvirker vejret i f.eks. Sydamerika eller det sydlige Afrika.

Hvordan er stratosfæren forbundet med troposfæren, hvor opstår vores vejr?

De vigtigste signaler, der sendes fra troposfæren op til stratosfæren, kommer i form af storstilede atmosfæriske bølger forårsaget af bjerge og af temperaturforskelle mellem jorden og havet. Oppe i stratosfæren, disse bølger forstyrrer vinden og kan være stærke nok til at ødelægge polarhvirvelen i en højde på omkring 30 km med typiske vindhastigheder på over 200 km/t. Hvad der er mindre klart er, hvordan signaler vender tilbage fra stratosfæren til jordens overflade. Efter en forstyrrelse af den polare hvirvel observerer vi ofte, at temperaturen i den nedre stratosfære stiger med flere grader celsius i en højde på 10-15 km. Dette påvirker igen vores vejr, men vi er endnu ikke kommet til bunds i, hvordan sådan en begivenhed kan afgøre f.eks. en stormvej over England.

Ved du, hvordan stratosfæren vil udvikle sig i fremtiden?

Ingen, det gør vi ikke. Nutidens klimamodeller fremskriver helt divergerende tendenser, lige fra en trend mod en varmere eller en køligere stratosfære. Men vi kan vurdere, at stratosfæren er ansvarlig for omkring 10 procent af vores vintervejr. Stratosfæren kan faktisk maskere klimaændringer på den nordlige halvkugle ved at uden stratosfærens indflydelse, den globale opvarmning ville måske være endnu mere udtalt.

Hvad er dine forskningsmål?

Et af vores mål er at forbedre langsigtede vejrudsigter, der dækker flere uger til måneder. På grund af dets indflydelse på vores vejr, stratosfæren er en kilde til forudsigelighed for sådanne prognoser. Selvom en begivenhed i stratosfæren ikke tillader os at forudsige vejret for en bestemt dag flere uger frem, det lader os vurdere sandsynligheden for begivenheder såsom kulde og hedebølger. Hvis, sige, vinden i stratosfæren tager til, Det er da mere sandsynligt, at Nordeuropa vil se flere storme i de følgende uger. Men i øjeblikket, den polare hvirvel er særlig svag.

Så det vil vare et stykke tid, før den slags data bliver indført i de langsigtede prognoser, der tilbydes af vejr-apps?

Vejrmodeller simulerer allerede stratosfæren, bare ikke godt nok. Dette er en af ​​grundene til, at vi fortsat har upålidelige langsigtede prognoser. Vi har meget mere erfaring med at lave standard, kortsigtede prognoser, der dækker flere dage, fordi vi har brugt årtier på at verificere og forbedre dem. Vi ved i øjeblikket langt mindre om at lave prognoser for længere tidsskalaer, som involverer forståelse af interaktioner på globalt plan og ikke kun hvordan det, der sker over Nordatlanten, kan påvirke det vejr, vi forventer. Vores forskning handler om at forstå disse globale interaktioner, så vi derefter kan bruge det, vi lærer, til at forbedre vejr- og klimamodeller.

Hvad er det næste skridt hen imod at bruge stratosfærehændelser til at forbedre vejrudsigter?

Først, vi skal forbedre vores forståelse af sammenhængen mellem stratosfæren og vores vejr. Vi ved, at når der sker noget i stratosfæren, vi ser ofte en effekt på Jordens overflade. Men en tredjedel af tilfældene efterlader ingen spor - og vi ved endnu ikke hvorfor. I sådanne tilfælde, det er et spørgsmål om, hvorvidt det var den stratosfæriske begivenhed eller forbindelsen til overfladen, der var for svag. Det er også muligt, at vejret på jordens overflade var for kaotisk, efterlader den uden mulighed for at reagere på den stratosfæriske begivenhed. Så er der spørgsmålet om, hvor længe den nedre stratosfære bevarer signalet. Jeg tænker på den nedre stratosfære som et signallag:Hvis vejret modtager signalet, dens indflydelse kan vare i relativt lang tid - adskillige uger, for eksempel.

Hvilke nye projekter har du stillet op?

Jeg vil nærmere undersøge de regioner, hvor langsigtede prognoser er udfordrende at lave. Disse omfatter f.eks. Europa og dele af Sydamerika. Hvad mere er, da visse regioner i Afrika, Asien og Sydamerika er underrepræsenteret i den forskning, der er lavet til dato, vi ved meget lidt om dem. Vi har iværksat projekter i Brasilien og Sydafrika for at hjælpe med at rette op på dette underskud. Vi ønsker at finde ud af, om vi kan kortlægge processer, som modellerne endnu ikke indeholder, eller som vi bedre kunne integrere i modellerne ved hjælp af numeriske metoder eller maskinlæring kombineret med en bedre forståelse af selve processerne. Vi ønsker også at finde yderligere ekstreme begivenheder, som vi kan skabe langsigtet forudsigelighed for. Når det kommer til hedebølger og kulde, vi ved allerede meget om, hvordan disse forholder sig til vejret, og hvordan de påvirker mennesker. Men der er også indikationer på, hvordan stratosfæren og yderligere processer påvirker andre ekstreme begivenheder, såsom indvirkning på luftkvaliteten eller tilfælde af kraftig regn, som har stor indflydelse på menneskers liv.