De berömda intensiva tropiska regnstormarna längs jordens ekvator inträffar tusentals miles från USA. Men atmosfärsforskare vet att, som krusningar i en damm, tropiskt väder skapar kraftfulla vågor i atmosfären som färdas hela vägen till Nordamerika och har stor inverkan på vädret i USA.

Dessa vidsträckta, sammankopplade väderprocesser är avgörande för att göra bättre, väderprognoser på längre sikt än vad som är möjligt för närvarande. Atmosfärsforskare från Colorado State University, ledd av professorerna Libby Barnes och Eric Maloney, arbetar hårt för att ta itu med dessa långsiktiga prognosutmaningar.

I en ny tidning i npj Klimat- och atmosfärsvetenskap , CSU-forskarna beskriver ett genombrott när det gäller att göra exakta förutsägelser av väderveckor framåt. De har skapat en empirisk modell matad av noggrann analys av 37 års historiska väderdata. Deras modell fokuserar på förhållandet mellan två välkända globala vädermönster:Madden-Julian-oscillationen och den kvasi-biennial-oscillationen.

Enligt studien, ledd av tidigare doktorandforskaren Bryan Mundhenk, modellen, använder båda dessa fenomen, tillåter skicklig förutsägelse av beteendet för stora regnstormar, kallade atmosfäriska floder, tre och upp till fem veckor i förväg.

"Det är imponerande, med tanke på att nuvarande toppmoderna numeriska vädermodeller, som NOA:s globala prognossystem, eller European Centre for Medium Range Weather Forecasts verksamhetsmodell, är bara skickliga upp till en till två veckor i förväg, "säger pappers medförfattare Cory Baggett, en postdoktor i Barnes och Maloney labs.

Forskarnas främsta mål är att förbättra prognoskapaciteten inom det knepiga ingenmansland av "undersäsong till säsongsbetonad" tidsskala:ungefär tre veckor till tre månader kvar. Förutsägande förmåga som långt i förväg kan rädda liv och uppehälle, från att larma för översvämningar och lerskred till att förbereda bönder för långa torrperioder. Barnes leder också en federal NOAA-arbetsgrupp för att förbättra undersäsong till säsongsprognoser, med målet att skärpa prognoserna för orkaner, Värmevågor, polarvirveln med mera.

Atmosfäriska floder är inte floder alls

Atmosfäriska floder är inte egentliga vattendrag, men "floder i himlen, " enligt forskare. De är intensiva plymer av vattenånga som orsakar extrem nederbörd, plymer så stora att de liknar floder i satellitbilder. Dessa "floder" är ansvariga för mer än hälften av nederbörden i västra USA.

Madden-Julian Oscillationen är ett kluster av regnstormar som rör sig österut längs ekvatorn under 30 till 60 dagar. Placeringen av oscillationen avgör var atmosfäriska vågor kommer att bildas, och deras slutliga inverkan på säg, Kalifornien. I tidigare arbeten, forskarna har avslöjat nyckelstadier av Madden-Julian-oscillationen som påverkar vädret långt borta, inklusive atmosfäriska floder.

Att sitta ovanför Madden-Julian Oscillationen är ett mycket förutsägbart vindmönster som kallas den kvasi-biennial oscillationen. Under två till tre års perioder, vindarna skiftar österut, västerut och tillbaka österut igen, och nästan aldrig avvika. Detta mönster påverkar direkt Madden-Julian-oscillationen, och därmed indirekt påverkar vädret ända till Kalifornien och bortom.

QBO spelar roll

CSU-forskarna skapade en modell som exakt kan förutsäga atmosfärisk flodaktivitet i västra USA om tre veckor. Dess indata inkluderar det aktuella tillståndet för Madden-Julian-oscillationen och den kvasi-biennial oscillationen. Genom att använda information om hur atmosfäriska floder tidigare har betett sig som svar på dessa svängningar, de fann att den kvasi-biennala svängningen spelar stor roll.

Beväpnad med sin modell, forskarna vill identifiera och förstå brister i toppmoderna numeriska vädermodeller som hindrar dem från att förutsäga väder på dessa undersäsongsmässiga tidsskalor.

"Det skulle vara värt besväret att utveckla en god förståelse för det fysiska förhållandet mellan Madden-Julian-oscillationen och den kvasi-bienniala oscillationen, och se vad som kan göras för att förbättra modellernas simulering av detta förhållande, sa Mundhenk.

En annan logisk förlängning av deras arbete skulle vara att testa hur väl deras modell kan förutsäga faktiska regn och vind eller annat hårt väder, som tornados och hagel.