Kalifornien och andra områden i sydvästra USA kan komma att se mindre framtida vinternederbörd än vad som tidigare beräknats av klimatmodeller. Efter att ha undersökt ett ihållande fel i mycket använda modeller, Forskare vid Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory uppskattar att Kalifornien sannolikt kommer att uppleva torrare vintrar i framtiden än vad som förväntas av vissa klimatmodeller, vilket innebär att invånarna kan se mindre våravrinning, högre vårtemperaturer, och en ökad risk för skogsbränder under kommande år.

Jordforskaren Lu Dong, som ledde studien tillsammans med atmosfärsforskaren Ruby Leung, presenterade sina resultat vid American Geophysical Unions höstmöte på tisdagen, 1 december, och kommer att svara på frågor praktiskt taget på onsdag, 16 dec.

Som ofullkomliga simuleringar av mycket komplexa system, dagens klimatmodeller har fördomar och fel. När nya modellgenerationer förfinas och blir allt mer exakta, vissa fördomar reduceras medan andra dröjer sig kvar. En sådan långlivad bias i många modeller är felaktig framställning av en viktig cirkulationsfunktion som kallas den intertropiska konvergenszonen, allmänt känd som ITCZ.

ITCZ markerar ett område strax norr om jordens ekvator där nordostliga passadvindar från norra halvklotet krockar med sydostliga passadvindar från södra halvklotet. Starkt solljus och varmt vatten värmer luften här, aktiverar den tillsammans med fukten den håller för att röra sig uppåt.

När luften stiger, det expanderar och svalnar. Kondenserande fukt ger mer energi för att producera åskväder med intensiva regn. Från rymden, man kan till och med se ett tjockt band av moln, obrutna hundratals mil när de rör sig i regionen.

"ITCZ producerar den starkaste, lång rad av ihållande konvektion i världen, ", sa Dong. "Det kan påverka det globala vattnets kretslopp och klimatet över stora delar av jorden, " Inklusive, tillade hon, Kaliforniens klimat.

Fördubbling av klimatmodellbias

Många klimatmodeller avbildar av misstag en dubbel ITCZ:två band som visas på båda halvkloten istället för ett, vilket ger osäkerhet i modellprojektioner. Forskare hänvisar till detta som dubbel-ITCZ-bias. Variationer i vind- och trycksystemen som påverkar ITCZ ​​ökar denna osäkerhet.

"Det finns mycket osäkerhet i Kaliforniens framtida nederbörd, sa Dong, som beskrev klimatmodeller som projicerar ett intervall av vinterväta i staten i genomsnitt över flera år, från höga ökningar till små minskningar. "Vi vill veta var denna osäkerhet kommer ifrån så att vi bättre kan projicera framtida förändringar i nederbörd."

För att titta igenom effekten av dubbel-ITCZ-bias och skapa mer exakta projektioner, Dong och atmosfärsforskaren Ruby Leung analyserade data från nästan 40 klimatmodeller, avslöja statistiska och mekanistiska kopplingar mellan bias och modellernas utdata. Lejonparten av modellerna de analyserade projicerade en skärpning av Kaliforniens säsongsbetonade nederbördscykel, med blötare vintrar och torrare höst- och vårsäsonger.

Mjuk, vit snö vilar på vardera sidan av en kalifornisk vattenväg. Vinternederbörd inkluderar mer än bara regn, som omfattar snöpackning i bergsområden och andra faktorer som påverkar klimatprocesserna under hela året.

Mindre vatten, mer eld

Dessa avslöjade relationer, Dong sa, tvivlar nu på uppskattningar från CMIP5-modeller som förutspådde blötare vintrar i framtiden. Modeller sadlade med en större dubbel-ITCZ-bias, det visar sig, tenderar att överdriva sydvästra USA:s blötare vintrar. De underskattar också de torrare vintrarna i Medelhavsområdet, som också har uttalade våta vintrar och torra somrar som liknar Kalifornien, under uppvärmande klimatscenarier.

Att korrigera för snedvridningen minskar prognoserna för vinternederbörd till en nivå som är ungefär lika med Kaliforniens nuvarande vintrar, uppgår till liten förändring och inga framtida blötare vintrar. I Medelhavsområdet, sa Dong, korrigeringen innebär att vintertorkningen intensifieras med 32 procent.

"En viktig implikation av detta arbete, sa Dong, "är att en minskning av beräknad vinternederbörd sannolikt kommer att innebära en minskning av våravrinning och en ökning av vårtemperatur, och båda ökar sannolikheten för skogsbränder i Kalifornien."

Att lära av klimatmodeller

Även om studiens fokus var begränsad enbart till vinternederbörd, sa Leung, dess implikationer når alla årstider.

"Konsekvenserna handlar inte bara om hur blöta saker kommer eller inte kommer att vara, " sade Leung. "När folk tänker på nederbörd, de tenderar att tänka på hur mycket regn de kommer att få. Men nederbörd har många konsekvenser, som snöpackning i bergsområden, till exempel, och det betyder att vilka förändringar vi än ser i vinternederbörden kommer att ha efterföljande konsekvenser för våren eller till och med sommaren. Konsekvenserna påverkar inte bara vintern; de kommer att märkas under hela året."

Fynden bådar inte gott för jordbruksproduktionen, eftersom över en tredjedel av landets grönsaker odlas i Kaliforniens jord, och två tredjedelar av dess frukter och nötter odlas på gårdar i Kalifornien, enligt California Department of Food and Agriculture. Mandel och vindruvor, två särskilt vattenhungriga grödor, var bland statens främsta producerande råvaror, inbringade sammanlagt 11,5 miljarder dollar 2019.

Över 4 miljoner hektar och nästan 10, 500 byggnader brann under delstatens skogsbränder 2020. Brandsäsongen har blivit längre, enligt Cal Fire, som nämner varmare vårtemperaturer som en av anledningarna till att skogar nu är mer mottagliga för skogsbränder.

Dong och hennes forskningspartner hoppas att resultaten kommer att bättre informera resursförvaltningsgrupper när de förbereder sig för kommande skogsbränder och planerar för torrare vintrar än väntat.

Den dubbla ITCZ-bias är framträdande i alla CMIP5 klimatmodeller, sa Leung, samt CMIP6-modeller, den senaste generationen, även om de senare inte beaktades i detta arbete. "Om du tittar på hela ensemblen av modeller, sa Leung, "du ser ganska liknande fördomar."