Efter massiva åskväder och regn, floden Aare översvämmade delar av den schweiziska staden Bern i augusti 2005. Kredit:Tomas Wüthrich
Lågtrycksvädersystem som rör sig norrut på sommaren från Italien till centrala Europa för med sig fruktade skyfall och översvämningar norr om Alperna. Men varifrån plockar de upp denna destruktiva fukt? Svaret på den frågan har nu klargjorts av klimatforskare i Bern med hjälp av simuleringar som de körde på CSCS:s superdator "Piz Daint".
Med några års mellanrum, Européerna bevittnar extrema väderhändelser på sommaren:kraftig nederbörd på norra sidan av Alperna och i Centraleuropa orsakar ofta Elben, Donau och Rhen floder att svälla och översvämma sina respektive regioner. Dessa meteorologiska fenomen kan spåras tillbaka till flera faktorer, bland vilka finns speciella typer av medelhavslågtryckssystem som kallas Vb-cykloner. Från Genua, dessa Vb-cykloner rör sig över Po-dalen eller norra Adriatiska havet och sedan norrut, bär med sig enorma mängder fukt. Men varifrån kommer den fukten ursprungligen?
I tidigare studier, vatten i jorden, i Atlanten, och i Medelhavet har alla betraktats och diskuterats som faktorer som bidrar till en eller annan extrem väderhändelse. Dock, vilken roll dessa källor spelar som individuella bidragsgivare till den totala fukthalten i en Vb-cyklon har hittills aldrig helt förståtts. Men nu, klimatforskare vid universitetet i Bern har använt simuleringar som körs på superdatorn "Piz Daint" för att undersöka fem extrema händelser mellan 1979 och 2013 som tillskrevs Vb-cykloner. På det här sättet, forskare kunde identifiera den främsta fuktkällan.
Markfuktighet, Atlanten eller Medelhavet?
Utifrån tillgängliga data från dessa fem extrema händelser, forskarna testade tre distinkta källor till fukt. I separata simuleringar varierade de graden av markfuktighet och havsytans temperaturer i Atlanten och Medelhavet.
Under översvämningen i Bern, vissa hus kunde endast nås med båt. Kredit:Tomas Wüthrich
För att identifiera effekterna av markfuktighet, forskarna definierade tre scenarier:ingen fukt alls; låg fuktighet, som är typiskt för Spanien; och helt mättad jord. Enligt studien, det högst orealistiska experimentfallet med helt uttorkad, omättad jord var den enda av dessa tre varianter som signifikant påverkade fukthalten i Vb-cyklonerna. Med denna faktor i spel, genomsnittliga nederbördsmängder i de fem fallstudierna minskade med 32 procent. Under tiden, de två andra markfuktighetsexperimenten visade endast mindre effekter på de undersökta Vb-cyklonerna.
I undersökningen av Atlanten, forskare ändrade havets yttemperatur med plus eller minus 5 Kelvin i förhållande till dagens siffra. Resultaten visade att dessa förändringar knappt påverkade cyklonernas fukthalt. Först när modellen matades med förändringar i Medelhavets yttemperatur visade systemet en anmärkningsvärd förändring:när havsytans temperatur ökade med 5 Kelvin, genomsnittliga nederbördsmängderna i cyklonerna ökade med 24 procent.
Superdator experiment
"Känslighetsstudier som dessa på verkliga händelser är ett experiment där vi tittar på hur ett system reagerar på fördefinierade förändringar, säger klimatforskaren Martina Messmer, huvudförfattare till studien som nyligen publicerades i den vetenskapliga tidskriften 'Earth System Dynamics'.
En av väderhändelserna som testades i studien var det som har gått till historien som "den centraleuropeiska översvämningen" i augusti 2002. Denna speciella Vb-cyklon orsakade massöversvämningar, särskilt runt floderna Elbe och Oder. En annan händelse som forskarna lade under lupp var det svåra vädret och kraftiga nederbörden sommaren 2005, som översvämmade i synnerhet Schweiz.
Panel (a) visar den ackumulerade nederbörden (mm dag-1) för kontrollsimuleringen av markfuktighetsexperimenten som medelvärde över de fem Vb-händelserna. Panelen (b) visar samma som panel (a) men för SST -experimenten. Den andra till fjärde raden visar skillnaderna mellan den genomsnittliga dygnsnederbörden som erhållits genom de olika känslighetsexperimenten och kontrollsimuleringen (mm dag-1). Panel (c) visar hela experimentet med dräneringsjord, panel (d) jordexperimentet med full mättnad, paneler (e) och (f) -5 och +5 K Atlantic SST -experimenten, respektive, och paneler (g) och (h) -5 och +5 K Medelhavs-SST-experiment. Det kläckta området anger signifikanta förändringar vid signifikansnivån på 5% med ett icke-parametriskt Mann-Whitney U-test.
Genom känslighetsstudier av dessa faktiska händelser, Messmer och hennes team av forskare förstod att systemets svar på en förändring av havsytans temperatur i Medelhavet är en tydlig indikation på att dessa Vb-cykloner som är ansvariga för kraftig sommarnederbörd i Centraleuropa tar upp det mesta av sin fukt från Medelhavet. Simuleringarna visade också att en ökning av medeltemperaturen vid Medelhavet ledde ned nederbörd österut och bort från de centrala Alperna. Fastän, forskarna varnar för att projicera en sådan förändring österut under framtida globala uppvärmningstrender baserat enbart på denna forskning.
"Studien ger oss en indikation på hur cyklonerna kan förändra sitt beteende. eftersom det komplexa klimatsystemet kommer att förändras under påverkan av framtida uppvärmning, inga direkta slutsatser om klimatförändringar kan dras från våra känslighetsstudier, " säger klimatforskaren Christoph Raible, medförfattare till studien.
Forskning om möjliga extrema händelser i framtiden
Studier som dessa är viktiga eftersom de skapar en bättre förståelse för mekanismerna bakom sådana väderförhållanden, forskarna konstaterar, samt om var cyklonerna samlar sin fukt. Nu vet vi att Medelhavet är den primära fuktkällan, forskare förbereder sig för att ta nästa steg i sin plan, som ska undersöka den framtida påverkan av global uppvärmning på utvecklingen och beteendet hos de ökända Vb-cyklonerna.
