Fremtidssikring af Great Lakes-regionen gennem klimaforskning

Forskere studerer, hvordan opvarmende vandtemperaturer vil påvirke området omkring De Store Søer. Deres arbejde viser, at små forskelle i søens overfladetemperaturer kan have stor indflydelse på sommerklimaet og kan give næring til ekstremt vejr - afgørende information.

De Store Søer har en dyb indvirkning på landets identitet, økonomi og dets klima. Men De Store Søers langsigtede indflydelse på regionale vejrmønstre, især under et skiftende klima, er ikke blevet godt forstået. Det skyldes, at de fleste klimamodeller ikke realistisk overvejer, hvordan temperaturen eller bevægelsen af ​​seks quadrillioner gallons søvand interagerer med atmosfæren.

Et projekt kaldet Coastal Observations, Mechanisms and Predictions Across Systems and Scales (COMPASS), finansieret af Office of Biological and Environmental Research i US Department of Energy's (DOE) Office of Science, arbejder på at løse dette vidensgab. I en ny undersøgelse brugte et team af samarbejdspartnere, herunder Jiali Wang fra DOE's Argonne National Laboratory, højopløselige regionale modeleksperimenter til at udforske, hvordan søens overfladetemperaturer kan påvirke klimaet i Great Lakes-regionen. Holdet fandt ud af, at en lille forskel i søens overfladetemperaturer - kun 1,4 °C ved opvarmning - kan have stor indflydelse på sommerklimaet, herunder:

• Øgende lufttemperatur nær overfladen.
• Tigende fordampning over søerne.
• Reduktion af store tordenvejr opstrøms for De Store Søers Område.
• Tigende mindre, hyppigere tordenvejr nedstrøms for området omkring De Store Søer.

Denne opvarmning svarer til den potentielle opvarmning af søvandets overfladetemperaturer, der forudsiges at forekomme i midten af ​​århundredet. Stigende søoverfladetemperaturer har potentiale til at destabilisere regionale klimaforhold i hele Great Lakes-bassinet. Dette kan øge ekstreme vejrbegivenheder, hvilket kan forårsage større storme og oversvømmelser i et område, der er hjemsted for 30 millioner mennesker. Med så mange liv og så meget infrastruktur på den potentielle vej for storme, er nøjagtige forudsigelser afgørende. Det er her, Wang og hendes team kommer ind.

"Meget af det arbejde, vi udfører i Argonne, involverer at gøre landet mere modstandsdygtigt over for virkningerne af klimaændringer," sagde Wang, "men vi kan ikke tale om at blive modstandsdygtige, før vi virkelig forstår risiciene."

Videnskabelig hastighed og nøjagtighed er afgørende for klimaresiliens

Klimaforskere har brug for meget nøjagtige klimamodeller, der vil give dem mulighed for at lave fremskrivninger på lang sigt – de næste 20 til 30 år.

For at informere den globale klimamodeludvikling om deres mere nøjagtige repræsentation af De Store Søer brugte Wangs nye undersøgelse mere præcise målinger af søernes overfladevandtemperatur til at designe numeriske eksperimenter. I stedet for at se på regionalt klima fra et globalt perspektiv, bruger deres undersøgelse lokalt og regionalt simuleringsoutput til at "zoome ind" på Great Lakes-regionen. I stedet for at se en opløsning ned til et område på et par hundrede miles, kan modellerne se endnu tættere på – ned til et område på omkring to miles.

Et andet gennembrud af COMPASS-projektet vil komme fra dets to-vejs koblede, atmosfæriske og 3D hydrodynamiske model med atmosfære-sø-feedback. Her er grunden til, at dette er en game-changer inden for klimamodellering:

• Tovejskoblingen betyder, at modellen tager højde for samspillet i realtid mellem, hvordan søen påvirker luften, og hvordan luften påvirker søen.
• 3D-modellen tager hensyn til søstrømmenes mønstre samt den vandrette og lodrette blanding af søvandet, hvilket er særligt vigtigt for dybe og store søer.

Disse forbedringer er nøglen til en meget præcis klimamodel, men de udgør et ekstremt stort antal datapunkter, der skal behandles. Det er her et andet vigtigt værktøj kommer ind:supercomputeren.

Bedre værktøjer, bedre data, bedre resultater

Wang tilskriver sit teams succes deres stærke samarbejde og deres brug af Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) og National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), som er hjemsted for nogle af verdens hurtigste og mest kraftfulde supercomputere. "Disse simuleringer ville ikke være mulige uden supercomputere," sagde Wang. "Beregningerne ville have taget folk år at gennemføre på en bærbar computer. Men med supercomputing-faciliteterne hos Argonne og NERSC kan vi opskalere vores videnskab og teste store, komplekse datasæt meget hurtigt." ALCF og NERSC er DOE Office of Science brugerfaciliteter.

Takket være disse computerfaciliteter kører teamet nu forbedrede klimamodeller for at forstå, hvordan klimaændringer vil påvirke vandstanden i De Store Søer.

Wang understregede, at når det kommer til klimaresiliens, er opdagelseshastighed nøglen. "Vi kan ikke vente. Vi har brug for pålidelige data lige nu for at forberede os på at møde morgendagens udfordringer."

Et papir baseret på undersøgelsen blev offentliggjort i The Journal of Geophysical Research:Atmospheres , den 17. maj 2022. Ud over Wang inkluderer andre forfattere Pengfei Xue, Argonne; Michigan Tech, Houghton; William Pringle, Argonne, og Zhao Yang og Yun Qian, PNNL, Richland, Washington. + Udforsk yderligere

Great Lakes niveauer vil sandsynligvis se fortsat stigning i de næste tre årtier