ETH:s klimatforskare Daniela Domeisen har dokumenterat hur stratosfären påverkar extrema väderhändelser. Det som förvånade henne var det stora utbudet av potentiella effekter. Hon förklarar vad detta innebär för klimatforskning och långsiktiga väderprognoser.

ETH News:I din nya studie, du har samlat många exempel på extrema väderhändelser som är kopplade till vad som händer i stratosfären. Men vi har alltid fått veta att sådana extrema händelser beror på global uppvärmning. Är det inte längre så?

Daniela Domeisen:Nej, det är fortfarande sant. Forskare har länge vetat att stratosfären – det atmosfäriska lagret mellan 15 och 50 kilometer över jordens yta – också påverkar ytvädret. Men väldigt få människor har utforskat hur stratosfären också kan orsaka och påverka extrema händelser. Det är vad vi visar i vår studie.

Vilka är några exempel på extrema händelser kopplade till stratosfären?

Extrema kalla snaps på norra halvklotet är de mest noggrant undersökta bland de diskuterade väder extrema. Dessa kan uppstå när den polära virveln i stratosfären plötsligt värms upp och kollapsar – som det händer just nu. Ett annat exempel är serien av svåra stormar som drabbade England i februari 2020, leder till kraftiga översvämningar. Det var anmärkningsvärt att stormarna alla följde samma väg. Detta hade en direkt koppling till vad som hände i stratosfären vid den tiden:Tillbaka i februari, polarvirveln var ovanligt stark, vilket gjorde det möjligt att stabilisera stormarnas väg. Vanligtvis, stormar byter ofta vägar, men i det här fallet, de fortsatte att följa samma väg. Vi hittade också bevis för att stratosfären spelar en roll i andra ytterligheter, till exempel de extrema skogsbränderna i Australien och miniorkaner i Ishavet.

Överraskade det stora antalet sådana extrema händelser dig?

Ja. Detta är vad studien visar. Under vår forskning, vi hittade hela tiden ytterligare indikationer på kopplingar mellan dessa oregelbundna väderförhållanden och stratosfären.

Varför är det nästan alltid områden på norra halvklotet som drabbas? Är sådana händelser helt enkelt mindre vanliga på södra halvklotet?

Det är ett fall av publikationsbias:det finns mycket fler studier av extrema händelser på norra än på södra halvklotet. Skogsbränderna i Australien är ett utmärkt exempel på en händelse på södra halvklotet. Den polära virveln över södra halvklotet kollapsade mycket tidigare än vanligt, som uppmuntrade de våldsamma bränderna. Sedan finns det faktum att fler människor bor på norra än på södra halvklotet eftersom den senare har färre landmassor. För närvarande, vi vet väldigt lite om i vilken utsträckning stratosfären påverkar vädret i t.ex. Sydamerika eller södra Afrika.

Hur är stratosfären kopplad till troposfären, var är vårt väder?

Huvudsignalerna som skickas från troposfären upp till stratosfären kommer i form av storskaliga atmosfäriska vågor orsakade av berg och av temperaturskillnader mellan land och hav. Uppe i stratosfären, dessa vågor stör vindarna och kan vara starka nog att förstöra polarvirveln på en höjd av cirka 30 km med typiska vindhastigheter på över 200 km/h. Vad som är mindre klart är hur signaler återkommer från stratosfären till jordens yta. Efter en störning av polarvirveln observerar vi ofta att temperaturen i den nedre stratosfären ökar med flera grader Celsius på en höjd av 10–15 km. Detta påverkar i sin tur vårt väder, men vi har ännu inte kommit till botten med hur en sådan händelse kan avgöra t.ex. en stormväg över England.

Vet du hur stratosfären kommer att utvecklas i framtiden?

Nej, det gör vi inte. Dagens klimatmodeller projicerar helt olika tendenser, allt från en trend mot en varmare eller en svalare stratosfär. Men vi kan uppskatta att stratosfären står för runt 10 procent av vårt vinterväder. Stratosfären kan faktiskt maskera klimatförändringar på norra halvklotet genom att, utan stratosfärens inflytande, den globala uppvärmningen skulle kanske bli ännu mer uttalad.

Vilka är dina forskningsmål?

Ett av våra mål är att förbättra långsiktiga väderprognoser som täcker flera veckor till månader. På grund av dess inverkan på vårt väder, stratosfären är en källa till förutsägbarhet för sådana prognoser. Även om en händelse i stratosfären inte tillåter oss att förutsäga vädret för en specifik dag flera veckor framåt, det låter oss uppskatta sannolikheten för händelser som kyla och värmeböljor. Om, säga, vindarna i stratosfären tilltar, det är då mer troligt att norra Europa kommer att se fler stormar under veckorna som följer. Men för tillfället, den polära virveln är särskilt svag.

Så det kommer att ta ett tag innan den här typen av data matas in i de långsiktiga prognoserna som erbjuds av väderappar?

Vädermodeller simulerar redan stratosfären, bara inte tillräckligt bra. Detta är en av anledningarna till att vi fortsätter att ha opålitliga långtidsprognoser. Vi har mycket mer erfarenhet av att göra standard, kortsiktiga prognoser som täcker flera dagar eftersom vi har ägnat decennier åt att verifiera och förbättra dem. Vi vet för närvarande mycket mindre om att göra prognoser för längre tidsskalor, vilket innebär att förstå interaktioner på global skala och inte bara hur det som händer över Nordatlanten kan påverka det väder vi förväntar oss. Vår forskning handlar om att förstå dessa globala interaktioner så att vi sedan kan använda det vi lär oss för att förbättra väder- och klimatmodeller.

Vad är nästa steg mot att använda stratosfärhändelser för att förbättra väderprognoser?

Först, vi måste förbättra vår förståelse för sambandet mellan stratosfären och vårt väder. Vi vet att när något händer i stratosfären, vi ser ofta en effekt på jordens yta. Men en tredjedel av fallen lämnar inga spår — och vi vet ännu inte varför. I sådana fall, det är en fråga om det var den stratosfäriska händelsen eller länken till ytan som var för svag. Det är också möjligt att vädret på jordytan var för kaotiskt, lämnar det utan möjlighet att reagera på stratosfären. Sedan är det frågan om hur länge den nedre stratosfären upprätthåller signalen. Jag tänker på den nedre stratosfären som ett signallager:Om vädret tar emot signalen, dess inflytande kan pågå under relativt lång tid – flera veckor, till exempel.

Vilka nya projekt har du lagt upp?

Jag vill närmare undersöka de regioner där långsiktiga prognoser är utmanande att göra. Dessa inkluderar t.ex. Europa och delar av Sydamerika. Vad mer, eftersom vissa regioner i Afrika, Asien och Sydamerika är underrepresenterade i den forskning som gjorts hittills, vi vet väldigt lite om dem. Vi har startat projekt i Brasilien och Sydafrika för att hjälpa till att korrigera detta underskott. Vi vill ta reda på om vi kan kartlägga processer som modellerna ännu inte innehåller eller som vi bättre skulle kunna integrera i modellerna med hjälp av numeriska metoder eller maskininlärning kombinerat med en bättre förståelse av själva processerna. Vi vill också hitta ytterligare extrema händelser som vi kan skapa långsiktig förutsägbarhet för. När det kommer till värmeböljor och köldknäppar, vi vet redan mycket om hur dessa förhåller sig till vädret och hur de påverkar människor. Men det finns också indikationer på hur stratosfären och ytterligare processer påverkar andra extrema händelser, såsom effekter på luftkvaliteten eller fall av kraftigt regn, som har en djupgående inverkan på människors liv.