Från torka och skogsbränder till översvämningar och stora frysningar, extrema väderhändelser ökar. Men i vilken utsträckning är dessa kopplade till klimatförändringar? Bara månader innan världens första vindövervakningssatellit går in i omloppsbana, forskare har färdigställt en klimatmodell med exceptionell upplösning, och de nya verktygen kommer att hjälpa till att identifiera hur klimatförändringar påverkar väderrelaterade naturkatastrofer som stormfloder, orkaner och värmeböljor.

För att kvantifiera sannolikheten för farliga väderhändelser, Dr. Peter Stott från Met Office – Storbritanniens nationella vädertjänst – har hjälpt till att koda en datormodell som kartlägger jordens atmosfär i oöverträffad detalj.

"Upplösning är viktigt eftersom även små störningar i miljön kan ha enorma effekter på vädret, " sa Dr Stott.

Typiska klimatalgoritmer förenklar delar av himlen som enstaka pixlar som spänner över volymer på cirka 100 kilometer. Men tack vare arbete som gjorts genom ett projekt som heter EUCLEIA, koordineras av Met Office, Klimatforskare kan nu zooma in detaljer som är mindre än hälften av storleken.

Detaljerna i den nya modellen kommer på bekostnad av högre datorkraft och Met Office förlitar sig på en superdator för att köra sin kod. Denna enorma maskin simulerar extrema väderhändelser som uppstår från extrapolering av mark- och satellitdata som samlats in under de senaste 50 åren.

För att ta hänsyn till elementens kaotiska natur, den hulking modellen kör varje scenario hundratals gånger i en slinga, sammanställa en rad möjliga resultat. Den upprepar sedan beräkningen genom att anta att den globala temperaturen inte hade ökat under samma period och hittar en annan uppsättning resultat.

Konceptuella språng

"Efter värmeböljan 2003, vi gjorde ett konceptuellt steg framåt, ", sa Dr. Stott. "Det vetenskapliga samfundet hade tidigare bestämt att enstaka väderhändelser inte kunde tillskrivas långsiktiga trender i klimatet. Men vi talar nu om sannolikheten för att dessa händelser inträffar, och det visar sig vara användbart."

Bygger på de statistiska förutsägelserna av EUCLEIA-metoden, uppföljningsprojektet EUPHEME hjälper nu till att hantera några av de effekter som klimatförändringarna har på samhället. Som en del av sitt starka konsortium med 18 länder, Dr. Stott finjusterar den nya klimatmodellen ytterligare med komplexa fenomen som klimatåterkopplingsmekanismer och luftrörelser i den övre atmosfären.

"Vi skulle vilja arbeta med vind i framtiden, ", sa Dr. Stott. "Men för det behöver vi en bra sammanställning av bra data. Utan det, vi kunde inte göra något av det här."

Hjälp kan snart finnas till hands, när Europeiska rymdorganisationen (ESA) förbereder uppskjutningen av Aeolus – den första satelliten som observerar vindhastigheter direkt från rymden.

Europeiskt väder drivs till stor del av luftströmmar högt över tropikerna. Idag är lite känt om detta hörn av atmosfären, men ESA hoppas att det kommer att förändras.

"Det är ett fullständigt genombrott inom mätteknik från rymden, sa Anders Elfving, projektledare för rymduppdrag på ESA, som leder Aeolus-projektet på 480 miljoner euro.

Ultraviolett ljus

Aeolus-satelliten har en kraftfull laser som pulserar ultraviolett ljus in i atmosfären. Ett 1,5 meter teleskop ombord kommer att samla upp den reflekterade strålen, gör det möjligt för forskare att identifiera vindhastigheter från små förändringar i ljusets frekvens.

ESA började utveckla tekniken 2002. NASA och andra stora rymdorganisationer lanserade liknande initiativ men fick slut på pengar inför överväldigande tekniska utmaningar.

Elfving säger att enbart laserurladdningen spränger material 50 gånger varje sekund med nära 30 megawatt toppeffekt. "Vid den makten, ett enda atomlager av förorening skulle vara tillräckligt för att döda vår optik, " han sa.

Även det mest fläckfria rena rummet på jorden kan inte nå sådana standarder. För att lösa problemet, ESA har fulländat en teknik för att dekontaminera satellitdelar i rymdens vakuum. Spraya mycket små koncentrationer av syre på optiken, laserstrålen bränner bort organiskt material, förhindrar att den karboniserar och överhettar komponenter.

Under 2017, ESA monterade utrustningen ombord på Aeolus och satte den på prov både under start- och vakuumförhållanden. Satelliten kontrolleras nu och monteras med solpaneler vid rymdcentret Intespace i Toulouse, Frankrike. Den kommer snart att skeppas till Franska Guyana för uppskjutning ombord på en europeisk Vega-raket den 21 augusti.

Väl i omloppsbana, satelliten kommer att svepa hela jordklotet kontinuerligt under sju dagars intervall och tillhandahålla data som för närvarande inte är tillgängliga utan kostnad. Efterföljande satelliter kan till och med tillhandahålla täckning dygnet runt för alla som kartlägger tidiga tropiska vindar och förloppet av framväxande stormar.

"Aeolus kommer att vara en stor tillgång för väderprognos och klimatmodeller, sa Elfving.