Forskare har identifierat systematiska slingrar i den klotcirkelformade nordliga jetströmmen som har orsakat samtidiga skördeskadande värmeböljor i vitt åtskilda brödkorgsregioner - ett tidigare okvantifierat hot mot global livsmedelsproduktion som, de säger, kan förvärras med den globala uppvärmningen. Forskningen visar att vissa typer av vågor i atmosfärens cirkulation kan förstärkas och sedan låsa sig på plats under längre perioder, utlöser de samtidiga värmeböljorna. Berörda delar av Nordamerika, Europa och Asien producerar tillsammans en fjärdedel av världens livsmedelsförsörjning. Studien visas denna vecka i tidskriften Naturens klimatförändringar .

"Vi fann en 20-faldig ökning av risken för samtidiga värmeböljor i stora grödor som producerar regioner när dessa globala vindmönster är på plats, "sade huvudförfattaren Kai Kornhuber, en postdoktor vid Columbia Universitys Earth Institute. "Tills nu, detta var en underutforskad sårbarhet i livsmedelssystemet. Under dessa händelser finns det faktiskt en global struktur i den annars ganska kaotiska cirkulationen. Klockan kan ringa i flera regioner samtidigt."

Kornhuber varnade för att värmeböljorna nästan säkert kommer att bli värre under de kommande decennierna, när världen fortsätter att värma. De meandrar som orsakar dem kan också potentiellt bli mer uttalade, även om detta är mindre säkert. Eftersom livsmedelsråvaror handlas alltmer på en global skala, båda effekterna kan leda till livsmedelsbrist även i regioner långt ifrån de som direkt påverkas av värmeböljor.

Jetströmmen är en snabbt rörlig luftflod som kontinuerligt kretsar runt det norra halvklotet från väst till öst. Det begränsar sig i allmänhet till ett relativt smalt band, men kan slingra sig norrut eller söderut, på grund av en funktion som forskare kallar Rossby waves. Bland andra effekter, dessa atmosfäriska wobbles kan dra iskalla luftmassor från polarområdena, eller heta från subtroperna, in på de folkrika medelbreddgraderna. Wobblingarna påverkar starkt det dagliga vädret. När de blir särskilt stora, de kan ge långvariga värmeböljor, torka eller översvämningar på sommaren; eller under kallare årstider, onormala förkylningar.

Eftersom jordens atmosfäriska cirkulation är så omfattande och komplicerad, bara på senare år har forskare kunnat plocka ut globala mönster i Rossbyvågorna. Den nya studien bygger på tidigare upptäckter av sådana mönster, och kopplar dem till mätbara förluster i växtodlingen.

Genom att gå igenom stora mängder klimatdata från 1979 till 2018, Kornhuber och kollegor nollställde två Rossby-vågor med specifika våglängder, benämnda våg-5 och våg-7; det är, nord-sydliga vinklar i jetströmmen som producerar antingen 5 eller 7 toppar och motsvarande dalar runt planetens omkrets. De fann att medan vågor med lägre eller högre längder tycks slingra slumpmässigt, våg-5 och våg-7 mönster kan låsa sig i ett rutnät av symmetriska, ofta mycket större slingrar centrerade över förutsägbara regioner. Våg-5 mönstren tenderar att sväva över centrala Nordamerika, östra Europa och östra Asien; våg-7 mönstren över västra centrala Nordamerika, västra Europa och västra Asien. I båda fallen, resultaten är desamma:varm luft virvlar upp från söder till topparna, producerar onormala temperaturspikar som kan pågå i veckor. Detta minskar i sin tur nederbörden, torkar jord och växtlighet, och dödar grödor i varje region.

"I vanliga fall, låga skördar i en region förväntas balanseras upp av goda skördar på andra håll, " sa studiemedförfattare Dim Coumou från Institutet för miljöstudier vid VU University Amsterdam, som har studerat Rossby vågor i flera år. "Dessa vågor kan orsaka minskade skördar i flera viktiga brödkorgar samtidigt, skapa risker för global livsmedelsproduktion. "

Forskarna visade att under år då dessa förstärkta vågor inträffade under två eller fler sommarveckor, spannmålsproduktionen minskade med 4 procent i genomsnitt över alla drabbade regioner, och så mycket som 11 procent i en enskild drabbad region. Matprishöjningar följde ofta. Vågorna slog till 1983, 2003, 2006, 2012 och 2018, när många temperaturrekord föll över hela USA, Kanada, Skandinavien och Sibirien. Förutom att döda grödor, vågorna har dödat tusentals människor, särskilt i Europa och Ryssland, där luftkonditionering är mycket mindre vanligt än i Nordamerika.

Medan studien främst fokuserar på heta perioder i Rossbyvågornas norra toppar, det tyder också på att motsatta ytterligheter kan förekomma i de sydliga dalarna. En prekursorstudie av Kornhuber och andra tidigare i år noterade att under 2018 års norra värmeböljor, mer sydliga regioner inklusive Balkan och Japan såg extraordinära regn och förstörelse från översvämningar och jordskred. Under ett nordligt värmeutbrott i Ryssland 2010, samtidiga översvämningar på Indusfloden i Pakistan förflyttade miljoner och förstörde grödor.

Många forskare tror att Rossby-vågorna kommer att växa och stanna oftare när planeten värms upp. Kornhuber sa att detta scenario är ganska troligt- nästan alla globala händelser har inträffat sedan 2000- men det säger att det ännu inte är tillräckligt med data för att skapa enighet om detta. Oavsett, han sa, "även om frekvensen eller storleken på [Rossby] vågorna inte ändras, värmeextrema kopplade till mönstren kommer att bli mer allvarliga, eftersom atmosfären som helhet värms upp."

Studiemedförfattare Radley Horton, en klimatolog vid Columbias Lamont-Doherty Earth Observatory, en del av Earth Institute, sa, "Om klimatmodeller inte kan reproducera dessa vågmönster, riskhanterare som återförsäkringsbolag och experter på livsmedelssäkerhet kan möta en blind fläck när de bedömer hur samtidiga värmeböljor och deras effekter kan förändras i ett uppvärmande klimat. "

Theodore Shepherd, en professor i klimatvetenskap vid University of Reading i Storbritannien som inte var inblandad i studien, sa, "Vi har starka observationsbevis för detta vågmönster. Det som är öppet för diskussion är hur det kan reagera på klimatförändringar." Han noterade att många vetenskapliga konsensusuttalanden, inklusive de från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar har visat sig vara underskattningar av hur snabbt och långt effekterna av den globala uppvärmningen kan röra sig.