Runt om i världen varje år, extrema nederbördshändelser orsakar katastrofala översvämningar som resulterar i tragiska förluster av människoliv och kostsamma skador på infrastruktur och egendom. Dock, en mängd olika vädersystem kan orsaka dessa extrema händelser, så en detaljerad förståelse av de atmosfäriska processer som leder till deras bildande är avgörande.

Nu, för första gången, en global analys avslöjar att två sammanflätade atmosfäriska processer driver bildandet av många storskaliga extrema nederbördshändelser runt om i världen, särskilt i torra subtropiska områden där de kan orsaka katastrofala översvämningar, som inträffade i mars 2015 i Atacamaöknen.

Tidigare forskning om extrema nederbördshändelser har mest fokuserat på våta områden, där cykloner vanligtvis är ansvariga för dessa händelser, medan torra subtropiska regioner har studerats mindre. Dock, det är just dessa torra subtropiska regioner, inklusive öknar, "där dessa mystiska händelser minst förväntas, men kan orsaka förödande effekter, säger Andries-Jan de Vries, en atmosfärsforskare vid ETH Zürich och Max Planck Institute for Chemistry i Mainz, Tyskland, som skrev den nya studien.

Resultaten, publicerad i tidskriften European Geosciences Union (EGU). Väder och klimatdynamik , förbättra vår förståelse för atmosfäriska processer och vädersystem som leder till extrema nederbördshändelser. Detta, i tur och ordning, kan hjälpa till att förbättra prognoser, kanske leder till utvecklingen av system för tidig varning som kan rädda liv.

Resultaten kan också förbättra vår förståelse för hur dessa extrema händelser kommer att reagera på klimatförändringar. Intensiteten och frekvensen av dessa kraftiga nederbördshändelser har ökat under de senaste decennierna, och trenden förväntas fortsätta under den globala uppvärmningen.

Brytande vågor och fukttransporter

Denna studie belyser rollen av två atmosfäriska processer i bildandet av extrema nederbördshändelser:brytandet av Rossby-vågor och intensiv fukttransport.

Rossby vinkar, kallas även planetvågor eftersom de uppstår på grund av jordens rotation, är vågor som förekommer i havet och atmosfären som först upptäcktes på 1930-talet av Carl Rossby. I atmosfären, Rossbyvågor bestämmer till stor del vädret i medellatitudregioner. På grund av icke-linjära processer, Rossby-vågor kan förstärkas och så småningom bryta (liknande havsvågor som rör sig på land).

Intensiv fukttransport avser stora massor av vattenånga som rör sig horisontellt i atmosfären. Processen har kopplats till extrem nederbörd och översvämningar, ofta längs kontinenternas västra kuster. När fukttransporten uppträder i en långsträckt struktur som når flera tusen kilometer långa, den är mer känd som en "atmosfärisk flod".

"När Rossby-vågor förstärks och bryter, kalla luftmassor tränger in från höga breddgrader till lägre breddgrader, och vice versa, " De Vries säger. "Denna atmosfäriska process kan driva intensiv fukttransport, destabilisera troposfären, och tvinga luftmassor att stiga, som tillsammans gynnar bildandet av extrem nederbörd."

Ett nyckelfynd av studien är att svårighetsgraden av den extrema nederbörden är starkt påverkad av egenskaperna hos de två atmosfäriska processerna. "Ju starkare vågen bryter och desto intensivare är fukttransporten, ju större nederbördsvolymer, De Vries säger.

Extrem nederbörd och katastrofala översvämningar

De Vries analyserade dagliga extrema nederbördshändelser som inträffade runt om i världen mellan 1979 och 2018. Analysen fokuserade på större händelser och tog inte hänsyn till mycket lokala kortvariga kraftiga nederbörd, som vanligtvis orsakas av enstaka åskväder.

Han fann att Rossby-vågbrytning kan förklara mer än 90 procent av extrema nederbördshändelser över centrala Nordamerika och Medelhavet. Över kustområden, dock, mer än 95 procent av de extrema nederbördshändelserna drevs av intensiv fukttransport, vilket stämmer överens med resultaten av tidigare studier om atmosfäriska floder.

Ett av de mest intressanta fynden var upptäckten av platser där de två processerna kombinerade driver de extrema händelserna. "Viktigt, den kombinerade förekomsten av dessa två atmosfäriska processer kan förklara upp till 70 procent av extrema nederbördshändelser i regioner där man kan förvänta sig dem minst - de torra subtroperna, " De Vries säger. "Brossande vågor som når från mellanbreddgraderna ovanligt långt mot ekvatorn kan dra fukt från de fuktiga tropikerna in i de torra subtroperna, som ger näring åt det kraftiga regnet.

Studien visade vidare att de kombinerade processerna spelade en nyckelroll i 12 historiska extrema nederbördshändelser som resulterade i katastrofala översvämningar, tusentals döda och skadade, miljarder dollar i skada, och ihållande socioekonomiska effekter som varar långt efter översvämningshändelsen. Dessa översvämningar inkluderade Natal, Sydafrika, översvämningar i september 1987; de alpina översvämningarna i oktober 2000; Uttarakhand, Indien, översvämningar i juni 2013; översvämningarna i Colorado i september 2013; och Atacamaöknen översvämningar i mars 2015.