En ny studie av forskare från MIT och det schweiziska federala tekniska institutet i Zürich visar att de mest extrema regnhändelserna i de flesta regioner i världen kommer att öka i intensitet med 3 till 15 procent, beroende på region, för varje grad Celsius som planeten värms upp.

Om den globala medeltemperaturen stiger med 4 grader Celsius under de kommande hundra åren, som många klimatmodeller förutspår givet relativt höga CO2-utsläpp, stora delar av Nordamerika och Europa skulle uppleva ökningar i intensiteten av extrema regn med ungefär 25 procent. Vissa platser som delar av den asiatiska monsunregionen skulle uppleva större ökningar, medan det kommer att ske mindre ökningar i Medelhavet, Sydafrika och Australien.

Det finns några regioner som förväntas uppleva en minskning av extrem nederbörd när världen värms upp, mestadels beläget över subtropiska hav som ligger strax utanför det tropiska, ekvatorialbältet.

Studien, publiceras idag i Naturens klimatförändringar , finner att de varierande förändringarna i extrem nederbörd från region till region kan förklaras av olika förändringar i styrkan hos lokala vindmönster:När en region värms upp på grund av mänskliga inducerade utsläpp av koldioxid, vindar det varma loftet, fuktladdad luft upp genom atmosfären, där det kondenserar och regnar tillbaka ner till ytan. Men förändringar i styrkan hos de lokala vindarna påverkar också intensiteten av en regions mest extrema regnstormar.

Paul O'Gorman, en medförfattare på tidningen och docent i atmosfärsvetenskap vid MIT:s Department of Earth, Atmosfär och planetvetenskap, säger att kunna förutsäga svårighetsgraden av de kraftigaste regnhändelserna, region för region, kan hjälpa lokala planerare att förbereda sig för potentiellt mer förödande stormar.

"Det finns intresse runt om i världen för frågan om man ska justera koder för att anpassa sig till ett förändrat klimat och nederbörd, speciellt för översvämningar, " O'Gorman säger. "Vi fann att det finns regionala variationer i den projicerade nederbördsresponsen på grund av förändringar i vindar, och naturligtvis om du är intresserad av effekterna av extrema nederbörd, du vill veta vad som händer i din region."

En global rutnätvy

Sedan 1990-talet, Forskare har förutspått baserat på klimatmodeller att intensiteten av extrema regnhändelser runt om i världen bör öka med stigande globala temperaturer. Aktuella observationer har hittills verifierat denna trend på ett brett, global skala. Men att veta hur extrema stormar kommer att förändras på ett mer specifikt, regional skala har varit en svårare bild att lösa, eftersom klimatdata inte är lika tillgängliga i alla länder, eller till och med kontinenter, och signalen om klimatförändringar maskeras av väderbuller i större utsträckning på regional skala.

"Observationerna säger oss att det kommer att bli ökningar [i extrema nederbörd] på nästan alla breddgrader, men om du vill veta vad som kommer att hända på en kontinents eller mindre skala, det är en mycket svårare fråga, " säger O'Gorman.

Han och hans kollegor började sin studie med att ta ett globalt perspektiv. De tittade först igenom ett enormt arkiv av globala simuleringskörningar, känd som Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5), som aggregerar utgångar, eller förutsägelser, tillverkad av olika klimatmodeller, för allt från lokalt lufttryck till havsisens tjocklek som svar på förändrat klimat.

För denna studie, forskarna slog ut CMIP5 -arkivet för specifika utdata, inklusive daglig ackumulerad ytnederbörd och temperatur, vertikal vindhastighet och tryck, och daglig luftfuktighet. Dessa utgångar simulerades av 22 klimatmodeller, för åren 1950 till 2100, under ett scenario där det är relativt höga utsläpp av CO2.

Teamet tittade på var och en av de 22 modellernas resultat på en regional, rutnät för rutnät. Varje modell simulerar klimatförhållanden genom att dela upp jordklotet i ett rutnät, med varje gallercells sida som mäter 100 till 200 kilometer. För varje cell i varje modell, forskarna identifierade den maximala dagliga nederbörden per år och jämförde detta med den genomsnittliga globala temperaturen för det året.

Alla 22 modeller förutspådde att de högsta ökningarna av extrema nederbörd kommer att inträffa över delar av den asiatiska monsunregionen som Indien och över delar av Stilla havet, med mer måttliga ökningar i Nordamerika, Centralamerika, Medelhavet, och Australien.

O'Gorman säger att även om det rumsliga förändringsmönstret var robust över modellerna, omfattningen av förändringen var mycket mer osäker i tropiska områden, och modellering med högre upplösning behövs för att minska denna osäkerhet.

För att se vad som påverkade variationen från region till region i nederbördsökningar, laget kopplade utmatningarna till en fysikbaserad formel som relaterar mängden nederbörd på ytan till de vertikala vindarna och mängden vattenånga i atmosfären. De fann att, övergripande, det var förändringarna i vindarna, och inte vattenånga, som bestämde region-till-region-variationerna i förändringen i extrem regnintensitet.

Tropisk expansion

Forskarna fann också minskningar av extrema nederbördsmängder över subtropiska havsregioner, där den överliggande atmosfären i allmänhet är torr, producerar relativt svaga stormsystem.

"Det är lite slående, " säger O'Gorman. "Nästan överallt, det finns en ökning av nederbördsextremer, förutom dessa havsregioner. "

Han antyder att detta delvis kan bero på den pågående expansionen av tropikerna, och de associerade förändringarna i ett atmosfäriskt cirkulationssystem känt som Hadley-cellen, där luft stiger nära ekvatorn och sjunker längre mot polen. Eftersom klimatet har värmts upp under de senaste decennierna, Forskare har noterat att klimatet vid ekvatorn har spridit sig mot polerna, skapa ett mycket bredare tropiskt bälte. När tropikerna och Hadley-cellen fortsätter att expandera, detta skulle påverka mönstret av extrem nederbörd, särskilt i subtropen.

"Subtropikerna är i allmänhet torra, och om du flyttar området för den nedåtgående luftpolen, du skulle få vissa regioner med ökningar, och andra med minskningar [i extrema nederbörd], "O'Gorman säger. "Men vi fann att detta bara förklarade hälften av minskningarna från förändringar i vindar, så det är fortfarande något av ett mysterium varför du får en minskning av nederbördsextrema där."

O'Gorman undersöker för närvarande om varaktigheten av extrema nederbördshändelser förändras med ökande temperaturer, vilket skulle kunna få praktiska konsekvenser för att bestämma motståndskraften hos byggnader och infrastruktur.

"Med tanke på en extrem nederbördshändelse, hur länge varar det, säg i timmar, och förändras den tiden med klimatuppvärmningen? "säger O'Gorman." Vi tror att intensiteten i en händelse förändras, och om varaktigheten också ändras, det kan också ha betydelse."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.