Efter en ovanligt intensiv värmebölja, regnskur eller torka, Noah Diffenbaugh och hans forskargrupp får oundvikligen telefonsamtal och e-postmeddelanden som frågar om klimatförändringar som orsakats av människor spelade en roll.

"Frågan ställs av allmänheten och av människor som försöker fatta beslut om hur man hanterar riskerna med ett förändrat klimat, "sa Diffenbaugh, professor i jordsystemvetenskap vid Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskap. "Att få ett korrekt svar är viktigt för allt från jordbruk till försäkringspremier, till internationella leveranskedjor, till infrastrukturplanering. "

Förr, forskare undvek vanligtvis att koppla enskilda väderhändelser till klimatförändringar, med hänvisning till utmaningarna med att reta isär mänskligt inflytande från väderns naturliga variation. Men det förändras.

"Under det senaste decenniet har det har skett en explosion av forskning, till den grad att vi ser resultat släppta inom några veckor efter en stor händelse, "sa Diffenbaugh, som också är Kimmelman Family Senior Fellow vid Stanford Woods Institute for the Environment.

I en ny studie, publicerad i veckans nummer av Förfaranden från National Academy of Sciences , Diffenbaugh och en grupp nuvarande och tidigare Stanford-kollegor skisserar en "ram" i fyra steg för att testa om den globala uppvärmningen har bidragit till rekordmässiga väderhändelser. Det nya dokumentet är det senaste inom ett växande område inom klimatvetenskap som kallas "extremhändelse, "som kombinerar statistiska analyser av klimatobservationer med allt starkare datormodeller för att studera klimatförändringarnas inflytande på enskilda extrema väderhändelser.

Klimatförändringens fingeravtryck

För att undvika att på ett olämpligt sätt hänföra en händelse till klimatförändringar, författarna började med antagandet att den globala uppvärmningen inte spelat någon roll, och använde sedan statistiska analyser för att testa om det antagandet var giltigt. "Vår strategi är mycket konservativ, "Sa Diffenbaugh." Det är som oskuldspresumtionen i vårt rättssystem:Standarden är att väderhändelsen bara var otur, och en riktigt hög bevisbörda krävs för att tilldela global uppvärmning skulden. "

Författarna tillämpade sina ramar på de hetaste, våtaste och torraste händelser som har inträffat i olika delar av världen. De fann att den globala uppvärmningen från mänskliga utsläpp av växthusgaser har ökat oddsen för de hetaste händelserna på mer än 80 procent av jordens yta för vilka observationer fanns tillgängliga. "Våra resultat tyder på att världen inte riktigt befinner sig på den punkt där varje rekordvarm händelse har ett detekterbart mänskligt fingeravtryck, men vi närmar oss "Sa Diffenbaugh.

För de torraste och våtaste händelserna, författarna fann att mänskligt inflytande på atmosfären har ökat oddsen i ungefär hälften av området som har tillförlitliga observationer. "Nederbörd är i sig mer bullrigt än temperatur, så vi förväntar oss att signalen blir mindre tydlig, "Diffenbaugh sa." En av de tydligaste signalerna som vi ser är en ökning av oddsen för extrema torra händelser i tropikerna. Det är också här vi ser den största ökningen av oddsen för långvariga heta händelser - en kombination som utgör verkliga risker för utsatta samhällen och ekosystem. "

Stanfords forskargrupp, som inkluderar ett antal tidigare studenter och postdoktorer som har tagit examen till befattningar vid andra universitet, har utvecklat sin ram för extrema händelser under de senaste åren, med fokus på enskilda händelser som torkan i Kalifornien 2012-2017 och den katastrofala översvämningen i norra Indien i juni 2013. I den nya studien, ett stort mål var att testa deras ramars förmåga att utvärdera händelser i flera regioner i världen, och att sträcka sig bortom extrem temperatur och nederbörd, som har varit tyngdpunkten i de flesta händelse attributionsstudier.

Testfall

Ett högprofilerat testfall var arktisk havsis, som har minskat med cirka 40 procent under sommarsäsongen under de senaste tre decennierna. När teamet tillämpade sin ram på det rekordlåga arktiska havsisskyddet som observerades i september 2012, de hittade överväldigande statistiska bevis på att den globala uppvärmningen bidrog till svårighetsgraden och sannolikheten för havsismätningarna 2012. "Trenden i Arktis har varit riktigt brant, och våra resultat visar att det hade varit extremt osannolikt att uppnå den rekordlåga havsutbredningen utan global uppvärmning, "Sa Diffenbaugh.

En annan styrka i ett mångsidigt tillvägagångssätt, laget säger, är att den kan användas för att studera inte bara väderförhållandena på ytan, men också de meteorologiska "ingredienserna" som bidrar till sällsynta händelser. "Till exempel, vi fann att det atmosfäriska tryckmönstret som inträffade över Ryssland under värmeböljan 2010 har blivit mer sannolikt under de senaste decennierna, och att den globala uppvärmningen har bidragit till dessa odds, "sa medförfattaren Daniel Horton, en biträdande professor vid Northwestern University i Evanston, Illinois, och en tidigare postdoktor i Diffenbaughs laboratorium som har lett forskning om påverkan av atmosfärstrycksmönster på extrema yttemperaturer. "Om oddsen för en enskild ingrediens förändras - som tryckmönstren som leder till värmeböljor - sätter det en tumme på vågen för den extrema händelsen."

Diffenbaugh ser kravet på strikta, kvantitativ händelseattribution växer under de kommande åren. "När du tittar på historiska data, det råder ingen tvekan om att den globala uppvärmningen sker och att extrema ökar på många områden i världen, "sa han." Folk fattar många beslut - kortsiktiga och långsiktiga - som beror på vädret, så det är vettigt att de vill veta om global uppvärmning gör rekordhändelser mer sannolika. Som forskare, vi vill se till att de har korrekta, mål, transparent information att arbeta med när de fattar dessa beslut. "