Klimatförändringarna kommer att öka storleken på avstannade högtrycksvädersystem som kallas "blockerande händelser" som redan har producerat några av 2000-talets dödligaste värmeböljor, enligt en studie från Rice University.

Atmosfäriska blockerande händelser är medellatitud, högtryckssystem som stannar på plats i dagar eller till och med veckor. Beroende på när och var de utvecklas, blockerande händelser kan orsaka torka eller skyfall och värmeböljor eller köldperioder. Blockerande händelser orsakade dödliga värmeböljor i Frankrike 2003 och i Ryssland 2010.

Med hjälp av data från två uppsättningar av omfattande klimatmodellsimuleringar, Risvätskedynamikerna Ebrahim Nabizadeh och Pedram Hassanzadeh, och kollegor fann att området för blockerande händelser på norra halvklotet kommer att öka med så mycket som 17 % på grund av antropogena klimatförändringar. Studien, som är tillgänglig online från Geofysiska forskningsbrev , var medförfattare av Da Yang från Lawrence Berkeley National Laboratory och University of California, Davis, och Elizabeth Barnes från Colorado State University.

Hassanzadeh, en biträdande professor i maskinteknik och i jorden, miljö- och planetvetenskap, använder beräknings-, matematiska och statistiska modeller för att studera atmosfäriska flöden relaterade till ett brett spektrum av problem från extrema väderhändelser till vindenergi. Han sa att forskare har blivit alltmer intresserade av att lära sig hur klimatförändringar kan påverka blockerande händelser, men de flesta studier har fokuserat på om blockerande händelser kommer att bli vanligare när atmosfären värms upp på grund av utsläpp av växthusgaser.

"Studier i det förflutna har tittat på om du får mer eller mindre blockerande händelser med klimatförändringar, " sade han. "Frågan som ingen hade ställt är huruvida storleken på dessa händelser kommer att förändras eller inte. Och storleken är mycket viktig eftersom blockeringshändelserna är mer påverkande när de är större. Till exempel, om högtryckssystemet blir större, du kommer att få större värmeböljor som påverkar fler människor, och du kommer sannolikt att få starkare värmeböljor."

Nabizadeh, en maskiningenjörsstudent vid Rice's Brown School of Engineering, försökte svara på frågan för två år sedan. Med hjälp av en hierarkisk modelleringsmetod, han började med experiment på en modell av atmosfärisk turbulens som är mycket enklare än den verkliga atmosfären.

Den enkla modellen, som fångar den grundläggande dynamiken i blockerande händelser, tillät Nabizadeh att göra en hel del utforskning. Göra små ändringar i en eller annan parameter, han körde tusentals simuleringar. Sedan analyserades data med en kraftfull dimensionsanalysteknik som kallas Buckingham-Pi-satsen, som ofta används för att designa stora och komplexa tekniska system som involverar vätskeflöden.

Målet var att hitta en skalningslag, en matematisk formel som beskrev storleken på en blockerande händelse med hjälp av variabler som klimatforskare redan studerar och förstår. Nabizadeh började med skalningslagar som har utvecklats för att förutsäga storleken på dagliga vädermönster, men han fann att ingen av variablerna var prediktiv för blockerande händelser.

Hans uthållighet lönade sig så småningom med en enkel formel som relaterar området för blockering av händelser till bredden, jetströmmens latitud och styrka, som alla är väl studerade och mätta.

"Jag höll ett föredrag om detta nyligen, och en av folket kom fram efter och sa:'Det här är magiskt, att dessa krafter går ihop och plötsligt får du rätt svar.' Men det krävdes mycket arbete av Ebrahim för att få detta eleganta enkla resultat, " han sa.

Vid ett tillfälle, Nabizadeh hade analyserat data från många simuleringar och gjort en jämförelse som inkluderade sida på sida med figurer, och Hassanzadeh sa att upptäckten av skalningslagstiftningen uppmuntrades av en osannolik byrå:Texas Department of Motor Vehicles (DMV).

"Ebrahim gick till DMV en helg, och jag gick till DMV veckan efter, och på DMV måste du sitta och du har inget att göra, " sa han. "Så efter att ha stirrat på dessa siffror i timmar, vi insåg att detta är rätt skalning."

De jämförde också resultaten av den enkla modellen med resultatet av allt mer komplexa modeller av jordens väder och klimat. Nabizadeh sa att skalningslagen förutspådde förändringar i storleken på framtida vinterblockerande händelser i omfattande klimatmodellsimuleringar med anmärkningsvärd noggrannhet.

"Det presterar bättre för vinterevenemang än sommarevenemang av skäl som vi ännu inte förstår, " Nabizadeh sa. "Våra resultat tyder på att framtida studier bör fokusera på bättre förståelse av sommarblock och även hur större blockerande händelser kan påverka storleken, omfattningen och ihållande av extrema väderhändelser som värmeböljor."