Forskare har kämpat för att exakt modellera förändringarna av de rikliga sommarregnen som sveper över sydvästra USA och nordvästra Mexiko, känd för forskare som "den nordamerikanska monsunen".

I en rapport publicerad 9 oktober i tidskriften Naturens klimatförändringar , ett team av forskare från Princeton och National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) har tillämpat en nyckelfaktor för att förbättra klimatmodeller - korrigera för havsytans temperaturer - på monsunen.

Rapportens författare inkluderar Salvatore Pascale, en associerad forskare i atmosfäriska och oceaniska vetenskaper (AOS); Tom Delworth, en föreläsare i geovetenskap och AOS och forskare vid NOAA:s geofysiska vätskedynamiklaboratorium (GFDL); Sarah Kapnick, en Princeton-alumn från 2004 och tidigare AOS-postdoc som för närvarande är en forskningsfysikolog vid GFDL; AOS associerad forskare Hiroyuki Murakami; och Gabriel Vecchi, en professor i geovetenskap och Princeton Environmental Institute.

När de korrigerade för ihållande havsyttemperatur (SST) biaser och använde högre upplösningsdata för den regionala geografin, forskarna skapade en modell som exakt återspeglar nuvarande nederbördsförhållanden och tyder på att framtida förändringar kan få betydande konsekvenser för regionala vattenresurser och faror.

"Denna studie representerar grundläggande vetenskap som relaterar till fysiken i den nordamerikanska monsunen, men återkopplar till vädret till klimatförutsägelser och att bygga motståndskraft för vår vattenförsörjning och reaktioner på faror, ", sade Kapnick. "Jag är exalterad över detta steg framåt för att förbättra våra modeller och för de potentiella tillämpningar som de kommer att ge samhället i framtiden."

Deras resultat belyser möjligheten av en kraftig nederbördsminskning i den norra kanten av monsunen som svar på uppvärmningen, med konsekvenser för regionala vattenresurser, jordbruk och ekosystem.

"Monsunregn är avgörande för sydvästra USA och nordvästra Mexiko, Ändå är ödet för den nordamerikanska monsunen ganska osäkert, sa Pascale, huvudförfattaren på tidningen. "Monsunens framtid kommer att ha direkta effekter på jordbruket, på försörjning."

Tidigare allmänna cirkulationsmodeller har föreslagit att monsunerna helt enkelt förändrades senare, med minskat regn under juli men ökad nederbörd i september och oktober.

"Konsensus hade varit att den globala uppvärmningen fördröjde monsunen ... vilket också är vad vi fann med simuleringen om du inte korrigerade SST-fördomarna, " sa Pascale. "Okontrollerad, SST-biaserna kan avsevärt förändra svaret. De kan lura oss, introducerar artefakter som inte är verkliga."

När dessa fördomar väl korrigerades, forskarna upptäckte att monsunen inte bara är försenad, men att den totala nederbörden står inför en dramatisk minskning.

Det har betydande konsekvenser för regionala beslutsfattare, förklarade Kapnick. "Vatteninfrastrukturprojekt tar år till ett decennium att planera och bygga och kan pågå i decennier. De kräver kunskap om framtida klimat ... för att säkerställa vattenförsörjning under torra år. Vi hade tidigare vetat att andra allmänt använda globala modeller inte hade en riktig nordamerikansk monsun. Den här studien tar upp detta behov och belyser vad vi behöver göra för att förbättra modellerna för den nordamerikanska monsunen och förstå vatten i sydväst."

Den nya modellen tyder också på att regionens berömda åskväder kan bli mindre vanliga, eftersom det minskade regnet är förknippat med ökad stabilitet i den nedre till mitten av troposfären och försvagad atmosfärisk konvektion.

"Den nordamerikanska monsunen är också relaterad till extrema nederbördshändelser som kan orsaka snabba översvämningar och förlust av liv, "Kapnick sa. "Att veta när monsunen kommer att börja och förutsäga när stora händelser kommer att hända kan användas för tidiga varningar och planering för att undvika förlust av liv och skador på egendom. Detta dokument representerar det första stora steget mot att bygga bättre system för att förutsäga monsunregnet."

Forskarna valde att ta itu med regionen delvis eftersom tidigare, modeller med grövre upplösning hade visat att detta område skulle torka ut, en förutsägelse som har bekräftats i de senaste årens torka och skogsbränder. Men de flesta av dessa torkar tillskrivs förändringen i vinterstormar, sa Pascale.

"Stormspåret förväntas förskjutas norrut, så dessa regioner kan få mindre regn på vintern, men det var väldigt osäkert vad som händer med monsunen, som är den andra bidragsgivaren till regnen i regionen. Vi visste inte, och det är viktigt att veta, " han sa.

I deras modell, forskarna kunde reta ut effekterna av en faktor i taget, vilket gjorde det möjligt för dem att undersöka och kvantifiera monsunens reaktion på fördubblingen av atmosfärisk koldioxid, ökade temperaturer och andra individuella förändringar.

Pascale betonade gränserna för denna eller någon annan klimatmodell. "De måste användas med en förståelse för sina brister och utnyttjas till sin förväntade potential men inte längre. De kan ge oss ganska tillförlitlig information om den storskaliga atmosfäriska cirkulationen, men om du vill titta på det regionala, småskaliga effekter, du måste vara mycket försiktig, "sa han." Modeller är kritiska men de är inte perfekta, och små brister kan leda till stora missförstånd."

Han fortsatte:"Vi säger inte, 'Vi är säkra på att detta är vad som kommer att bli, men vi ville peka ut några mekanismer som är nyckeln, och måste beaktas i framtida forskning om den nordamerikanska monsunen. Detta är en svår region, så framtida forskning kommer att visa om vi hade rätt, och i vilken utsträckning."