Nya superdatorsimuleringar av klimatforskare vid Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har visat att klimatförändringarna intensifierat mängden nederbörd i de senaste orkanerna som Katrina, Irma, och Maria med 5 till 10 procent. De fann vidare att om dessa orkaner skulle inträffa i en framtida värld som är varmare än nuvarande, dessa stormar skulle få ännu mer nederbörd och starkare vindar.

Studien, "Antropogena effekter på stora tropiska cyklonhändelser, "kommer att publiceras den 15 november i tidningen Natur . För att nå sina slutsatser modellerade Berkeley Lab -forskarna Christina Patricola och Michael Wehner 15 historiska tropiska cykloner, eller orkaner, som de kallas i Atlanten, och simulerade dem i olika tidigare och beräknade framtida klimatscenarier. Syftet med studien var att undersöka hur uppvärmning orsakad av mänsklig verksamhet kan ha påverkat dessa stormar och kan påverka liknande stormar i framtiden.

"Vi börjar redan se antropogena faktorer som påverkar tropisk cyklon nederbörd, "sa Patricola, en forskare i Berkeley Labs Earth and Environmental Sciences Area och huvudförfattare till studien. "Och våra simuleringar indikerar starkt att när tiden går kan vi förvänta oss att se ännu större ökning av nederbörd."

Patricola valde 15 tropiska cykloner som har inträffat under det senaste decenniet över hela världen - inklusive Atlanten, Stilla havet, och Indiska oceanerna-och körde högupplösta klimatsimuleringar av dessa stormar i olika scenarier, olika faktorer som luft- och havstemperaturer, fuktighet, och växthusgaskoncentrationer. "Det är svårt att reda ut hur klimatförändringar kan påverka tropiska cykloner med hjälp av observationer enbart eftersom poster före satellittiden är ofullständiga och den naturliga variationen i tropiska cykloner är stor, " Hon sa.

Hon delade studien i två delar, en för att analysera effekterna av klimatförändringar hittills, och den andra som projicerar in i framtiden, för att förstå hur olika nivåer av den globala uppvärmningen kan förändra tropisk cyklons intensitet och nederbörd.

Hon fann att ett uppvärmande klimat redan har gjort nederbörd mer intensivt, med 5 till 10 procent, men har hittills inte märkbart påverkat vindhastigheterna i orkanerna som beaktats i denna studie. Men om klimatet fortsätter att värma, toppvindhastigheter kan öka med så mycket som 25 knop, eller cirka 29 mph.

"Hindcast" tillskrivningsmetod

Forskarna använde vad Wehner, en expert på extrema väderförhållanden i Berkeley Labs avdelning för beräkningsforskning, kallar hindcast -attributionsmetoden, som han beskriver som samma som en prognos, förutom att händelsen redan har hänt "så att du potentiellt har mer information att använda."

Wehner och Patricola använde samma metod förra året i en analys av en kraftig storm i Colorado 2013 som orsakade rekord översvämningar. "Du kan verkligen använda ditt expertbedömning på ett bättre sätt efter det, "sa han." Så du simulerar händelsen i världen som var, följt av att simulera en kontrafaktisk storm i en värld som skulle ha varit om människor inte hade förändrat klimatsystemet. "

Till exempel, genom att modellera orkanen Katrina i ett förindustriellt klimat och igen under nuvarande förhållanden, och ta skillnaden mellan resultaten, forskare kan avgöra vad som kan tillskrivas antropogen uppvärmning. Dock, studiens utformning tillät inte forskarna att undersöka frågan om orkaner kommer att bli mer frekventa, eller om de kommer att röra sig annorlunda, som hur orkanen Harvey stannade i flera dagar över Houston.

Wehner varnar också för att endast en klimatmodell användes (väderforsknings- och prognosmodellen, utvecklat av National Center for Atmospheric Research), och att förtroendet kommer att öka när resultaten replikeras i andra modeller.

Mer regn, starkare vindar

Förutom det förindustriella scenariot, Patricola och Wehner simulerade också de tropiska cykloner som förekommer i tre framtida klimatscenarier, känd som RCP4.5, RCP6.0, och RCP8.5, var och en representerar ökande utsläpp av växthusgaser och global uppvärmning. Sedan början av 1900 -talet har genomsnittliga globala yttemperaturer har stigit med cirka 1 grad Celsius; i RCP8.5, det mest extrema scenariot, temperaturen förväntas stiga ytterligare 3 till 4 grader.

De fann att nederbörd kan öka 15 till 35 procent i framtida scenarier. Vindhastigheterna ökade med så mycket som 25 knop, även om de flesta orkaner såg ökningar med 10 till 15 knop. "Det faktum att nästan alla de 15 tropiska cyklonerna svarade på ett liknande sätt ger förtroende för resultaten, "Sa Patricola.

En annan intressant upptäckt var att stormens struktur kan förändras där nederbörden är mer intensiv i orkanens öga men mindre intensiv på ytterkanterna. "I en varmare värld rånar den inre delen av stormen fukt från den yttre delen av stormen, "Sa Wehner.

Nuvarande toppmoderna långsiktiga klimatsimuleringar närmar sig upplösningar på 25 kilometer och finare, som i stort kan representera tropiska cykloner. Dock, viktiga finare funktioner som molnkluster kan endast approximeras i den skalan, med okända konsekvenser för klimatprognoser. Detta motiverade Berkeley Lab -teamet att köra sina simuleringar med en upplösning på 4,5 kilometer, vilket möjliggjorde viss representation av molnkluster. De fann att den finare rumsliga skalan inte förändrade de kvalitativa aspekterna av deras slutsatser.

"Vi fann att klimatförändringens påverkan på orkanen Katrinas vind och nederbörd är okänslig för modellupplösning mellan 3 km och 25 km, "Patricola sa." Det här är goda nyheter eftersom det tyder på att vi kan lita mer på prognoser från globala klimatmodeller vid resolutioner på minst 25 km, som blir allt vanligare. "

Med 15 orkaner simulerade i fem klimatscenarier, var och en upprepas 10 gånger, studien använde miljontals datortimmar på Cori -superdatorn vid Berkeley Labs National Energy Research Scientific Computing Center. "NERSC var helt avgörande för att kunna genomföra denna forskning, "Patricola sa." Vissa studier har tittat på hur enskilda stormar kan ha förändrats på grund av klimatförändringar. En av de viktiga sakerna med denna studie är att vi kunde använda samma klimatmodell och metod för 15 stormar, vilket gör att vi kan bedöma hur robusta resultaten är, och hade aldrig gjorts förut. "

Patricola betonar vikten av att använda både observationer och klimatmodeller för att förstå klimatsystemet. Flera studier, inklusive en från Berkeley Lab som publicerades förra året i Geofysiska forskningsbrev , fann att klimatförändringarna ökade nederbörden från orkanen Harvey, baserat på statistisk analys av observationer. "När båda metoderna är överens, vi kan ha mer förtroende för resultaten, "sa hon." Forskare kommer överens om att den globala uppvärmningen kommer att leda till ökad nederbörd från tropiska cykloner. En av de återstående osäkerheterna är hur mycket. "