Klimatförändringarna flyttar energin i atmosfären som ger bränsle till sommarvädret, vilket kan leda till starkare åskväder och mer stillastående förhållanden för medellatitudregioner på norra halvklotet, inklusive Nordamerika, Europa, och Asien, en ny MIT-studie finner.

Forskare rapporterar att stigande globala temperaturer, särskilt i Arktis, omfördelar energin i atmosfären:Mer energi finns tillgänglig för att underblåsa åskväder och andra lokala, konvektiva processer, medan mindre energi går till extratropiska cykloner sommartid - större, mildare vädersystem som cirkulerar över tusentals kilometer. Dessa system är normalt förknippade med vindar och fronter som genererar regn.

"Extratropiska cykloner ventilerar luft och luftföroreningar, så med svagare extratropiska cykloner på sommaren, du tittar på potentialen för fler dagar med dålig luftkvalitet i stadsområden, " säger studieförfattaren Charles Gertler, en doktorand vid MIT:s Department of Earth, Atmosfärs- och planetvetenskap (EAPS). "Att gå bortom luftkvaliteten i städer, du har potential för mer destruktiva åskväder och mer stillastående dagar med kanske längre varaktiga värmeböljor."

Gertler och hans medförfattare, Docent Paul O'Gorman vid EAPS, publicerar sina resultat i Proceedings of the National Academy of Sciences .

En krympande gradient

I motsats till mer våldsamma tropiska cykloner som orkaner, extratropiska cykloner är stora vädersystem som förekommer poleward om jordens tropiska zon. Dessa stormsystem genererar snabba förändringar i temperatur och luftfuktighet längs fronter som sveper över stora delar av USA. På vintern, extratropiska cykloner kan piska upp till Nor'easters; på sommaren, de kan ge allt från allmän molnighet och lätta skurar till kraftiga vindbyar och åska.

Extratropiska cykloner lever av atmosfärens horisontella temperaturgradient - skillnaden i medeltemperatur mellan nordliga och södra breddgrader. Denna temperaturgradient och fukten i atmosfären producerar en viss mängd energi i atmosfären som kan underblåsa väderhändelser. Ju större gradienten är mellan, säga, Arktis och ekvatorn, desto starkare är en extratropisk cyklon sannolikt.

Under de senaste decennierna, Arktis har värmts upp snabbare än resten av jorden, i själva verket krymper atmosfärens horisontella temperaturgradient. Gertler och O'Gorman undrade om och hur denna uppvärmningstrend har påverkat den energi som finns tillgänglig i atmosfären för extratropiska cykloner och andra väderfenomen sommartid.

De började med att titta på en global omanalys av inspelade klimatobservationer, känd som ERA-Interim Reanalysis, ett projekt som har samlat in tillgängliga satellit- och väderballongmätningar av temperatur och luftfuktighet runt om i världen sedan 1970-talet. Från dessa mätningar, projektet producerar ett finkornigt globalt rutnät med uppskattad temperatur och fuktighet, på olika höjder i atmosfären.

Från detta rutnät av uppskattningar, teamet fokuserade på norra halvklotet, och regioner mellan 20 och 80 latitud. De tog den genomsnittliga sommartemperaturen och luftfuktigheten i dessa regioner, mellan juni, juli, och augusti för varje år från 1979 till 2017. De matade sedan in varje årligt sommarmedelvärde för temperatur och luftfuktighet i en algoritm, utvecklad vid MIT, som uppskattar mängden energi som skulle finnas tillgänglig i atmosfären, givet motsvarande temperatur- och luftfuktighetsförhållanden.

"Vi kan se hur denna energi går upp och ner under åren, och vi kan också separera hur mycket energi som är tillgänglig för konvektion, som skulle visa sig som åskväder till exempel, kontra cirkulationer i större skala som extratropiska cykloner, " säger O'Gorman.

Ser förändringar nu

Sedan 1979, de fann att energin tillgänglig för storskaliga extratropiska cykloner har minskat med 6 procent, medan energin som skulle kunna driva mindre, fler lokala åskväder har ökat med 13 procent.

Deras resultat speglar några nya bevis på norra halvklotet, vilket tyder på att sommarvindar associerade med extratropiska cykloner har minskat med den globala uppvärmningen. Observationer från Europa och Asien har också visat en förstärkning av konvektiv nederbörd, som från åskväder.

"Forskare hittar dessa trender i vindar och nederbörd som förmodligen är relaterade till klimatförändringar, " säger Gertler. "Men det här är första gången någon har robust kopplat den genomsnittliga förändringen i atmosfären, till dessa underdagliga tidsskalahändelser. Så vi presenterar ett enhetligt ramverk som kopplar klimatförändringar till detta föränderliga väder som vi ser."

Forskarnas resultat uppskattar den genomsnittliga inverkan av den globala uppvärmningen på sommarenergin i atmosfären över norra halvklotet. Går framåt, de hoppas kunna lösa detta ytterligare, för att se hur klimatförändringar kan påverka vädret i mer specifika regioner i världen.

"Vi skulle vilja ta reda på vad som händer med den tillgängliga energin i atmosfären, och sätt trenderna på en karta för att se om det är säga, på väg upp i Nordamerika, kontra Asien och oceaniska regioner, " säger O'Gorman. "Det är något som behöver studeras mer."