Ett team av forskare har framgångsrikt retat ut påverkan av mänskligt orsakade klimatförändringar på vinternederbörd under stora delar av förra seklet, visar att det uppvärmande klimatet väsentligt förändrar vinterns nederbörd och snöfall över norra halvklotet.

Studien, ledd av forskare vid National Center for Atmospheric Research (NCAR), använde ett innovativt tillvägagångssätt som förlitade sig på observationer av nederbörd och storskaliga atmosfäriska cirkulationsmönster, tillsammans med statistiska tekniker och datorklimatsimuleringar. Detta gjorde det möjligt för forskargruppen att identifiera mängden genomsnittlig månatlig nederbörd i specifika regioner i Nordamerika och Eurasien som föll till följd av mänsklig påverkan på klimatet, snarare än naturlig variation.

"Jag tyckte att det här var ganska avslöjande, " sa NCAR senior forskare Clara Deser, en medförfattare till studien. "Vår forskning visar att klimatförändringar orsakade av människor tydligt har påverkat nederbörden under de senaste 100 åren."

Resultaten visar att uppvärmning av temperaturer förknippade med mänskliga utsläpp av växthusgaser ledde till en märkbar ökning av vinternederbörden i utbredda regioner i norra Eurasien och östra Nordamerika sedan 1920.

Arbetet kan visa vägen till mer detaljerade studier av klimatförändringarnas inverkan på nederbördsförändringar året runt. Nederbörden globalt förväntas öka med i genomsnitt 1-2 % per ytterligare grad Celsius eftersom en varmare atmosfär innehåller mer vattenånga. Men lokala förändringar kan vara mycket varierande, med vissa regioner som blir torrare och andra mycket blötare.

Studien, av forskare vid NCAR, Lanzhou University i Kina, och universitetet i Toulouse i Frankrike, publicerades i AGU-tidskriften Geofysiska forskningsbrev . Det finansierades delvis av National Science Foundation, som är NCAR:s sponsor.

Subtrahera inverkan av naturlig variabilitet

Forskare i åratal har genomfört tillskrivningsstudier för att fastställa i vilken utsträckning förändringar i vädermönster kan hänföras till mänsklig påverkan på klimatet. Använda datormodeller och observationer, nationella och internationella forskarlag har vid upprepade tillfällen visat att de globalt värmande temperaturerna sedan 1950-talet till stor del beror på samhälleliga utsläpp av koldioxid och andra värmefångande växthusgaser.

Men att bestämma växthusgasernas roll i sekellånga nederbördstrender över kontinenter är mycket utmanande, eftersom nederbörden påverkas av lokala och varierande väderförhållanden, vilket gör det svårt att urskilja de långsiktiga förändringarna bland bullret från dag-till-dag och år-till-år förändringar i vädret. Forskare har tidigare förlitat sig på ett stort antal simuleringar av klimatmodeller för att försöka upptäcka signalen om långsiktiga nederbördstrender.

I den nya studien, forskarna använde observationer, snarare än klimatmodeller, att bestämma inverkan av ett förändrat klimat på nederbörden. De reducerade i huvudsak frågan till ett subtraktionsproblem:om du tar bort mängden nederbörd som orsakas av naturlig variation, då kan skillnaden mellan det och vad som faktiskt föll sannolikt tillskrivas samhällets påverkan på klimatet.

Forskarna vände sig till ett innovativt tillvägagångssätt som kallas dynamisk anpassning. Detta bestod i att tillämpa statistiska tekniker på observationer av storskaliga cirkulationsmönster i atmosfären för varje vintermånad från 1920 till 2015. Dessa cirkulationsmönster, såsom placeringen av hög- och lågtryckssystem över Nordamerika och Eurasien, uppstår oberoende av uppbyggnaden av värmefångande växthusgaser.

Genom att samla alla cirkulationsmönster, forskarna kunde uppskatta den typiska mängden nederbörd som skulle falla när ett visst cirkulationsmönster inträffar. Teamet jämförde sedan resultaten med mätningar av den nederbörd som faktiskt föll. Skillnaden mellan de två – mängden nederbörd som skulle förknippas med de storskaliga cirkulationsmönstren under naturliga förhållanden och de faktiska nederbördstrenderna – avslöjade klimatförändringarnas inverkan.

Resultaten visade att det uppvärmande klimatet har lett till ökad vinternederbörd över nordöstra Nordamerika, samt en liten region i nordvästra Nordamerika. Klimatförändringarna har också bidragit till en ökning av nederbörden över stora delar av nordvästra och norra centrala Eurasien.

I kontrast, studien indikerade att klimatförändringar kan ha haft en uttorkande inverkan på delar av centrala och sydvästra Nordamerika – även om det inte räcker till för att kompensera för naturlig variation – och på stora delar av södra Eurasien. Dock, författarna varnade för att resultaten för dessa regioner var mindre uttalade och inte statistiskt signifikanta.

Deser och hennes kollegor fokuserade på vintern eftersom nederbörden under den tiden på året drivs av breda atmosfäriska mönster som är lättare att se i data än lokala förhållanden som påverkar sommarnederbörden, såsom markfuktighet och enskilda åskväder. De koncentrerade sig på norra halvklotet eftersom det innehåller mycket fler mätningar av nederbörd än det södra halvklotet.

Resultaten stämde väl överens med klimatmodellsimuleringar av mänskligt inducerade förändringar i nederbörd, tillhandahålla en oberoende verifiering av modellerna.

"Forskare vände sig tidigare till klimatmodeller för att få svar. Här, klimatmodellerna kommer in först i slutet för att bekräfta vad vi retade ut av observationer oberoende, " sa NCAR-forskaren Flavio Lehner, en medförfattare till studien. "Jag tror att detta är det stora vetenskapliga genombrottet för detta arbete."

Lehner och Deser använde samma teknik i en separat studie, publiceras i Geofysiska forskningsbrev förra året, för att visa att den senaste tidens torkning i sydvästra USA till stor del kan tillskrivas naturliga variationer.

Stödjande bevis från internationella studier

Den nya studien förlitade sig på detaljerade, internationella datauppsättningar av historiska nederbördsmätningar och atmosfäriska cirkulationsmönster. Den byggde också på två datauppsättningar av globala klimatsimuleringar. Ett, känd som den stora ensemblen, använde den NCAR-baserade Community Earth System Model (CESM) för att skapa 40 simuleringar av globalt klimat med början 1920 – var och en med något olika startförhållanden. Den andra bestod av simuleringar från 37 världsledande klimatmodeller, inklusive CESM, som användes för ett internationellt klimatforskningsprojekt känt som Coupled Model Intercomparison Project 5 (CMIP5).

Fynden ger stöd till internationella studier som har använt kraftfulla klimatmodeller för att försöka urskilja påverkan av växthusgaser. Till exempel, CMIP5-projektet visade ett liknande mönster av nederbördstrender på grund av klimatförändringar. Den forskningen förlitade sig helt på datorsimuleringar, och dess resultat var mindre detaljerade än den nya studien.

"När vi såg hur väl vår inställning, som helt bygger på observationsdata, kommit överens med klimatmodellerna, vi blev förvånade eftersom det här är två oberoende sätt att se på klimatförändringar, "Deser sa. "Graden av överensstämmelse med både amplituden och de rumsliga mönstren för nederbördsförändring var verkligen imponerande."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.