Ett team av forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har funnit att de globala klimatkonsekvenserna av ett regionalt kärnvapenutbyte kan sträcka sig från minimal påverkan till mer betydande nedkylning som varar i år.

De fem LLNL-forskarna undersökte potentialen för globala klimatförändringar från stora stadsbränder som antändes i ett hypotetiskt regionalt kärnvapenutbyte av 100 15-kilotons kärnvapen mellan Indien och Pakistan.

Detta scenario, som har undersökts i flera andra nya studier, utvärderades av laboratorieforskare med två högtrohetsmodeller för första gången och tog hänsyn till nya faktorer.

"En av de nya aspekterna av vårt arbete är att vi undersökte beroendet av klimateffekterna av olika mängder bränsle tillgängligt på platsen för detonationen och den efterföljande branden, " sa LLNL mekaniska ingenjör Katie Lundquist, ledaren för studien och en medförfattare till teamets uppsats.

Teamet övervägde en rad möjligheter för bränsleladdning på platsen för branden och plymens egenskaper, såsom röksammansättning och aerosolegenskaper, vilket resulterar i en förbättrad förståelse av modellens känslighet för dessa faktorer.

Lagets tidning publicerades förra veckan i Journal of Geophysical Research :Atmosfärer, en publikation av American Geophysical Union.

Man tror att om detonationen av flera kärnvapen orsakar stora bränder, rökemissionen kan blockera solljus och påverka det globala klimatet.

I deras studie, forskarna från Livermore simulerade den globala klimatpåverkan med hjälp av nya modeller för att förutsäga de branddrivna sotplymerna till toppen av troposfären och vidare. De fann att när rök från bränderna finns kvar i den nedre troposfären (som har en höjd av cirka sex till 11 miles), det tas snabbt bort och klimatpåverkan är minimal.

Dock, när bränder injicerar rök i den övre troposfären eller högre, mer rök transporteras till stratosfären (skiktet från troposfären upp till en höjd av cirka 30 miles), där tillräckligt med ljus blockeras för att orsaka global ytkylning.

"Våra simuleringar visar att röken från 100 samtidiga eldstormar skulle blockera solljus i ungefär fyra år, istället för de åtta till 15 år som förutspåtts i andra modeller, " skrev Livermore-forskarna.

De tror att i det här fallet, det blockerade solljuset skulle sannolikt orsaka en global genomsnittlig toppkylning på 1 till 1,5 grader Kelvin under cirka fyra år, sa Lundquist.

När man studerar bränslebelastningens inverkan på det globala klimatet, teamet fann att om det bara var bränder i förortsområden, det skulle ha liten eller ingen effekt på klimatet. Omvänt, de drog slutsatsen att bränder i tätbefolkade stadsområden kunde ge en avkylning som var tre gånger så stor som effekten av vulkanutbrottet 1991 från vulkanen Mount Pinatubo i Filippinerna.

Enskilda brandplymer modelleras med hjälp av Weather Research and Forecasting (WRF)-modellen och klimatresponsen förutsägs genom att injicera WRF-simulerade svarta koldioxidutsläpp i Energy Exascale Earth System Model (E3SM).

Denna studie representerar första gången E3SM-systemet med högre upplösning, utvecklad av Department of Energy's (DOE) Office of Science, har använts för att titta på klimateffekterna av ett kärnvapenutbyte.

Lee Glascoe, en annan medförfattare till tidskriften och ledaren för labbets National Atmospheric Release Advisory Center (NARAC), sade att den tvååriga studien visade att det fortfarande finns mycket osäkerhet om den globala klimatpåverkan av ett regionalt kärnvapenutbyte.

"Tidigare forskning har varit ofullständig om vilka konsekvenserna kan bli för det globala klimatet från ett regionalt kärnvapenutbyte, ", sa Glascoe. "Det här dokumentet belyser att många lokaliserade processer, såsom bränsletäthet och brandintensitet, kan driva de globala resultaten."

Detta är också första gången, Glascoe noterade, att LLNL-forskare från NARAC och klimatprogrammet har samarbetat i en vetenskaplig studie.

"Det finns en betydelse för denna gemensamma ansträngning. Vi kombinerade lokala väderdrivna händelser, vilket är något som NARAC är specialiserat på, med globala klimatdrivna händelser, vilket är något som klimatprogrammet är specialiserat på."

Förutom Lundquist och Glascoe, andra författare till artiklarna är atmosfärsforskaren Qi Tang; David Bader, ledaren för klimatprogrammet; och Benjamin Wagman, en postdoc nu anställd vid Sandia National Laboratories i New Mexico.