Global opvarmning kan ligge bag en stigning i hyppigheden og intensiteten af ​​kuldeperioder

Global opvarmning forårsaget af øgede koncentrationer af drivhusgasser påvirker allerede vores liv. Sinde somre, mere intense hedebølger, længere tørkeperioder, længerevarende oversvømmelser og vildere naturbrande er konsekvenser forbundet med denne opvarmning.

En mindre indlysende konsekvens af global opvarmning får også voksende opmærksomhed fra videnskabsmænd:en potentiel stigning i intensiteten og hyppigheden af ​​vinterkulde på den nordlige halvkugle.

Vejrfænomener som Udyret fra Østen i vinteren 2018, den kolde periode med arktisk luft, der nåede så langt sydpå som Texas i februar 2021, eller stormen, der efterlod Madrid og Athen usædvanligt dækket af sne i dagevis i begyndelsen af ​​2021, bliver mere almindelige .

Nogle af de mekanismer, der fører til deres forekomst, styrkes af den globale opvarmning. Vigtige klimamekanismer, som udveksling af energi og luftmasser mellem forskellige højdeområder i atmosfæren, udvikler sig på måder, der forventes at forårsage en stigning i både intensiteten og varigheden af ​​kuldebilleder. Disse er knyttet til adfærden i et område i den høje atmosfære kaldet stratosfæren.

Vinterkulde har store samfundsmæssige konsekvenser, lige fra direkte virkninger på sundhed og tab af menneskeliv, til effekter på transport og infrastruktur, stigninger i energiefterspørgslen og skader på landbrugets ressourcer.

Denne vinter har vi set disse effekter over store dele af Europa og USA, med flyaflysninger, lufthavnslukninger, vejkøer og chauffører fanget i ekstreme kolde temperaturer. Der har også været kraftige stigninger i energiefterspørgslen for at klare indendørs opvarmning, en stigning i kulderelaterede hospitalsindlæggelser og aktivering af tjenester, der er nødvendige for at hjælpe de mest sårbare.

Vi er nødt til at udvikle prognoseværktøjer, der kan forudsige disse begivenheder længere på forhånd.

Polær hvirvel

Nogle af disse kuldebilleder er forbundet med forstyrrelser i et sæsonbestemt atmosfærisk fænomen kaldet den stratosfæriske polære hvirvel (SPV).

På den nordlige halvkugle består denne hvirvel af masser af kold luft centreret over nordpolen, omgivet af en stråle af meget kraftig vestenvind mellem 15-50 km over jorden. Disse snurrende vinde fungerer som en mur og holder kold luft begrænset til det arktiske område, hvilket forhindrer den i at rejse til lavere breddegrader.

Noget, der kan forstyrre hvirvelen, er en pludselig stratosfærisk opvarmning (SSW), når stratosfæren oplever en brat stigning i temperaturen på grund af energi og momentum, der overføres fra lavere til højere højder.

Når en større SSW opstår, kan væggen af ​​stærke vinde omkring den polære stratosfære bryde, hvilket tillader kold luft at undslippe den polare hvirvel og rejse ned til lavere atmosfæriske højder og lavere breddegrader. Når luften nærmer sig jordens overflade, kan der opstå betydelige kuldeperioder.

Selv når SSW'er ikke er stærke nok til at bryde hvirvelen, kan de svække den. Dette kan få polære luftcirkulationsmønstre til at bugte sig længere sydpå til lavere breddegrader og nå befolkede områder i Nordamerika og Eurasien i stedet for at blive tættere på nordpolen. Disse områder kan så opleve temperaturer, der er titusinder af grader lavere end deres vintergennemsnit.

Under klimaændringer er overførslen af ​​energi fra de laveste lag af Jordens atmosfære til det højere stratosfæriske lag under forandring og ser ud til at forstyrre den polare hvirvel i højere grad. En undersøgelse har vist, at styrken og varigheden af ​​SSW'er i stratosfæren er steget i løbet af de sidste 40 år. Denne stigning forventes også at resultere i stærkere vinterkulde på overfladen.

Prognoseudfordring

Nøjagtig forudsigelse af disse kuldebilleder er afgørende for at hjælpe samfundet med at forberede sig korrekt på dem. Udvikling af computerbaserede prognoseværktøjer, der gengiver realistiske interaktioner mellem de lavere niveauer af troposfæren og stratosfæren, er et væsentligt skridt hen imod dette mål.

For korrekt at simulere stratosfærens opførsel, og hvordan den interagerer med troposfæren, skal prognoseværktøjer omfatte realistiske beskrivelser af forekomsten og fordelingen af ​​stratosfærisk ozon. Ozon påvirker samspillet mellem luftmasser uden for og inde i hvirvelen, og derfor også transporten af ​​koldere luft fra højere til lavere højder.

Men at inkludere alle de kemiske processer, som ozon er involveret i, i den opløsning, der er nødvendig for at forudsige disse vejrbegivenheder, er uoverkommelig med hensyn til den nødvendige computerkraft. Dette er endnu mere sandt, hvis vi ønsker at forudsige begivenheder én sæson forud.

Min forskning ser på måder at forbedre prognosemodeller for bedre at fange den type stratosfærisk adfærd, der fører til disse kuldeperioder. For at gøre dette har jeg udviklet alternativer, der realistisk kan simulere processer i stratosfæren, herunder aspekter af ozonkemi, ved at bruge mindre computerkraft.

I en undersøgelse, jeg ledede, brugte vi disse alternativer til at simulere interaktioner mellem ozonlaget, temperatur og solstråling i den globale computermodel, der bruges til at producere nogle af de bedste vejrudsigter i verden.

De eksperimenter, vi lavede med denne model, viste, at inkluderende denne realistiske alternative repræsentation af stratosfærisk ozon førte til forbedringer i simuleringer af temperaturfordeling i stratosfæren. Dette betyder, at det kan hjælpe med at give nyttige oplysninger om udløsere af forkølelsesperioder som SSW'er.

Udvikling og brug af disse alternativer i klimamodellering er en væsentlig milepæl hen imod det, vi kalder sømløs forudsigelse:at bruge de samme computermodelleringsværktøjer til at forudsige både vejr og klima. Dette giver mulighed for en mere præcis etablering af årsagssammenhænge mellem klimaændringer og ekstreme vejrbegivenheder.

Et spørgsmål, som mange måske undrer sig over, er, om denne ekstreme kulde kunne modvirke den globale opvarmning. Desværre ikke. Mens denne vinter har bragt dage med ekstremt kolde temperaturer og kraftigt snefald på den nordlige halvkugle, har den nuværende sommer på den sydlige halvkugle oplevet nogle af de varmeste dage nogensinde for befolkede områder i Australien, med temperaturer på omkring 50ºC.

Global opvarmning gør ekstremt vejr mere ekstremt, og videnskabelige undersøgelser begynder at bevise, at det også gælder ekstreme vinterkuldeperioder. Udvikling af de bedst mulige modelleringsværktøjer er afgørende for at forudsige udviklingen af ​​ekstreme vejrbegivenheder i de kommende år, så vi kan være bedre forberedt på dem.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.