I september 2013, svåra stormar drabbade Colorado med långvariga, ösregn, resulterade i minst nio dödsfall, 1, 800 evakueringar och 900 hem förstördes eller skadades. Den åtta dagar långa stormen dumpade mer än 17 tum regn, vilket får Plattefloden att nå högre översvämningsnivåer än någonsin registrerats.

Stormarnas svårighetsgrad, vilket också inträffade ovanligt sent på året, väckte intresse hos forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory som är specialiserade på att studera extremt väder. I många fall, deras forskning har visat att sådana händelser görs mer intensiva i ett varmare klimat.

I en tidning som publicerades online den 18 juli, 2017 kl Extremer i väder och klimat , teamet rapporterar att klimatförändringar som tillskrivs mänsklig aktivitet gjorde stormen mycket allvarligare än vad som annars skulle ha inträffat.

"Stormen var så stark, så intensivt, att standardklimatmodellerna som inte löser detaljer i finskalig skala inte kunde karakterisera den kraftiga nederbörden eller det storskaliga meteorologiska mönstret i samband med stormen, sa Michael Wehner, en klimatforskare vid labbets Computational Research Division och medförfattare till artikeln.

Forskarna vände sig sedan till ett annat ramverk med hjälp av den regionala modellen Weather Research and Forecasting för att studera händelsen mer i detalj. Gruppen använde den allmänt tillgängliga modellen, som kan användas för att förutsäga framtida väder, att "hindra" de förhållanden som ledde till den 9-16 september, 2013 översvämning runt Boulder, Colorado. Modellen gjorde det möjligt för dem att studera problemet mer i detalj, dela upp området i 12 kilometer långa rutor.

De körde 101 hindcasts av två versioner av modellen:en baserad på realistiska nuvarande förhållanden som tar hänsyn till förändringar i atmosfären som orsakas av människan och den tillhörande klimatförändringen, och en som tog bort den del av observerade klimatförändringar som tillskrivs mänskliga aktiviteter. Skillnaden mellan resultaten tillskrevs sedan dessa mänskliga aktiviteter. Det mänskliga inflytandet visade sig ha ökat omfattningen av kraftiga regn med 30 procent. Författarna fann att denna ökning delvis berodde på förmågan hos en varmare atmosfär att hålla mer vatten.

"Den här händelsen var typisk när det gäller hur stormen skickade vatten till området, men det var ovanligt när det gäller mängden vatten och tidpunkten, " sa medförfattaren Dáithí Stone, även från Berkeley Lab. "Vi vet att mängden vatten luft kan hålla ökar med cirka 6 procent per grad Celsius ökning, vilket fick oss att förvänta oss att nederbörden skulle ha varit 9-15 procent högre, men istället upptäckte vi att det var 30 procent högre."

Resultaten förbryllade teamet initialt eftersom svaren visade sig vara mer komplicerade än de ursprungligen antog - stormen var mer våldsam när det gäller både vind och regn.

"Vi hade förväntat oss att den fuktiga luften som träffade bergskedjan skulle "skjuta ut" vatten ur luften, ", sa huvudförfattaren Pardeep Pall. "Vad vi inte hade insett var att regnet i sig också skulle 'dra' in mer luft. Luften stiger när det regnar, och som i sin tur drog in mer luft underifrån, som var blöt, producerar mer regn, får mer luft att höjas, dra in mer luft, och så vidare."

Den större nederbörden ledde i sin tur till fler översvämningar och fler skador. Bilder från stormen visade att många bilar havererade eller strandade när vägar och broar spolades bort. Bara skadorna på vägar uppskattades till 100-150 miljoner dollar.

"Ökningen av nederbörd var större än enbart uppvärmningen skulle ha förutsett, ", sa Stone. "Med den lokala dynamiska modellen, vi fann att "stormen som var" var mer våldsam än "stormen som kan ha varit", något vi inte hade föreställt oss."

Christina Patricola, medförfattare och forskare vid labbets avdelning för klimat- och ekosystemvetenskap, som arbetade på Texas A&M under studietiden, att förstå extremväder är viktigt eftersom hur vi upplever klimatet, till exempel genom väderrelaterade skador, tenderar att domineras av extremt väder. Dock, karaktären av sådana händelser är också svår att förstå eftersom de är så sällsynta. Händelsetillskrivningsstudier som den som beskrivs i artikeln kan hjälpa till att leda till förbättrad förståelse.

Författarna betonade att studien inte är avsedd att förutsäga sådana händelser i framtiden.

"Detta var en mycket sällsynt händelse och förblir så, och vi gör inga förutsägelser med det här arbetet, " sa Stone. "Den exakta händelsen kommer inte att hända igen, men om vi får samma slags vädermönster i ett klimat som är ännu varmare än dagens, då kan vi förvänta oss att det kommer att fälla ännu mer regn." Men utöver den ökade mängden nederbörd, Wehner tillägger, "denna studie ökar mer generellt vår förståelse för hur de olika processerna i extrema stormar kan förändras när det övergripande klimatet värms upp." Trots den förståelse som uppnåtts genom denna studie, många frågor om extrema väderhändelser kvarstår.

"Vårt ramverk för klimatmodellering öppnar dörren för att förstå andra typer av extrema väderhändelser, ", sa Patricola. "Vi undersöker nu hur människor kan ha påverkat tropiska cykloner. Framsteg inom superdatorer gör det möjligt att köra simuleringar som kan avslöja vad som händer inuti stormmoln."

Modellerna kördes som en del av den kalibrerade och systematiska karakteriseringen, Tillskrivning, och Detection of Extremes (CASCADE) projekt vid Berkeley Lab. Modellerna kördes på superdatorer vid National Energy Research Scientific Computing (NERSC) Center, en DOE Office of Science User Facility belägen vid Berkeley Lab.