För åtta dagar sedan, det regnade över västra Stilla havet nära Japan. Det var inget särskilt anmärkningsvärt med denna regnhändelse, men det gjorde stora vågor två gånger.

Först, det störde atmosfären på precis rätt sätt för att utlösa en böljning i jetströmmen - en flod med mycket starka vindar i den övre atmosfären - som atmosfäriska forskare kallar en Rossbyvåg (eller en planetvåg). Sedan styrdes vågen österut av jetströmmen mot Nordamerika.

Längs vägen förstärktes vågen, tills den bröt precis som en havsvåg gör när den närmar sig stranden. När vågen gick sönder skapade det en region med högt tryck som har förblivit stilla över det nordamerikanska nordväst under den senaste veckan.

Det var här vår oskyldiga regnhändelse gjorde vågor igen:det låsta området för högtrycksluft utlöste en av de mest extraordinära värmeböljor vi någonsin har sett, krossa temperaturrekord i Stilla havet nordvästra USA och i västra Kanada så långt norrut som Arktis. Lytton i British Columbia slog 49,6 ℃ i veckan innan han drabbades av en förödande elden.

Vad gör en värmebölja?

Även om denna värmebölja har varit extraordinär på många sätt, dess födelse och utveckling följde en välkänd sekvens av händelser som genererar värmeböljor.

Värmeböljor uppstår när det är högt lufttryck på marknivå. Högtrycket är ett resultat av att luft sjunker genom atmosfären. När luften sjunker, trycket ökar, komprimera luften och värma upp den, precis som i en cykelpump.

Sjunkande luft har en stor uppvärmningseffekt:temperaturen ökar med 1 grad för varje 100 meter luften pressas nedåt.

Högtryckssystem är en inneboende del av en atmosfärisk Rossbyvåg, och de reser tillsammans med vågen. Värmeböljor uppstår när högtryckssystemen slutar röra sig och påverkar en viss region under en avsevärd tid.

När detta händer, uppvärmningen av luften genom att sjunka ensam kan ytterligare intensifieras genom att marken värmer luften - vilket är särskilt kraftfullt om marken redan var torr. I nordvästra USA och västra Kanada, värmeböljor förvärras av den uppvärmning som produceras genom att luften sjunker efter att den har passerat Rocky Mountains.

Hur Rossbyvågor driver vädret

Detta lämnar två frågor:Vad gör ett högtryckssystem, och varför slutar det röra sig?

Som vi nämnde ovan, ett högtryckssystem är vanligtvis en del av en specifik typ av våg i atmosfären-en Rossby-våg. Dessa vågor är mycket vanliga, och de bildas när luft förskjuts norr eller söder av berg, andra vädersystem eller stora områden med regn.

Rossbyvågor är de främsta drivkrafterna för vädret utanför tropikerna, inklusive det omväxlande vädret i södra halvan av Australien. Ibland, vågorna växer så stora att de välter på sig själva och går sönder. Brytningen av vågorna är intimt involverad i att göra dem stillastående.

Viktigt, precis som för den senaste händelsen, fröna till Rossbyvågorna som utlöser värmeböljor ligger flera tusen kilometer väster om deras plats. Så för nordvästra Amerika, det är västra Stilla havet. Australiska värmeböljor utlöses vanligtvis av händelser i Atlanten väster om Afrika.

En annan viktig egenskap hos värmeböljor är att de ofta åtföljs av stora nederbörd närmare ekvatorn. När sydöstra Australien upplever värmeböljor, norra Australien upplever ofta regn. Dessa regnhändelser är inte bara biverkningar, men de förbättrar och förlänger aktivt värmeböljor.

Vad kommer klimatförändringarna att betyda för värmeböljor?

Att förstå mekaniken för vad som orsakar värmeböljor är mycket viktigt om vi vill veta hur de kan förändras när planeten blir varmare.

Vi vet att ökad koldioxid i atmosfären ökar jordens genomsnittliga yttemperatur. Dock, medan denna genomsnittliga uppvärmning är bakgrunden för värmeböljor, de extremt höga temperaturerna produceras av rörelserna i atmosfären som vi pratade om tidigare.

Så för att veta hur värmeböljor kommer att förändras när vår planet värms, vi behöver veta hur det förändrade klimatet påverkar väderhändelserna som producera dem. Detta är en mycket svårare fråga än att veta förändringen i den globala medeltemperaturen.

Hur kommer händelser som Rossby -vågorna att förändras att förändras? Hur kommer jetströmmarna att förändras? Kommer fler vågor att bli tillräckligt stora för att gå sönder? Kommer högtryckssystem att stanna på ett ställe längre? Kommer tillhörande nederbörd bli mer intensiv, och hur kan det påverka själva värmeböljorna?

Våra svar på dessa frågor är hittills något rudimentära. Detta beror till stor del på att några av de viktigaste processerna är för detaljerade för att uttryckligen kunna ingå i nuvarande storskaliga klimatmodeller.

Klimatmodeller är överens om att den globala uppvärmningen kommer att förändra jetströmmarnas position och styrka. Dock, modellerna är oense om vad som kommer att hända med Rossby -vågorna.

Från klimatförändringar till väderförändringar

Det är en sak vi vet säkert:vi måste öka vårt spel för att förstå hur väder förändras när vår planet värms, eftersom vädret är det som har störst inverkan på människor och naturliga system.

Att göra detta, vi kommer att behöva bygga datormodeller av världens klimat som uttryckligen innehåller några av de fina detaljerna i vädret. (Med fina detaljer, vi menar ungefär en kilometer i storlek.) Detta i sin tur kommer att kräva investeringar i stora mängder datorkraft för verktyg som vår nationella klimatmodell, Australian Community Climate and Earth System Simulator (ACCESS), och dator- och modelleringsinfrastrukturprojekt från National Collaborative Research Infrastructure Strategy (NCRIS) som stöder den.

Vi kommer också att behöva bryta ner de konstgjorda gränserna mellan väder och klimat som finns i vår forskning, vår utbildning och vårt offentliga samtal.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.