Georgia Tech-forskaren Jie He bestämde sig för att förutsäga hur nederbörden kommer att förändras när jordens atmosfär fortsätter att värmas upp. I processen gjorde han några oväntade upptäckter som kan förklara hur utsläpp av växthusgaser kommer att påverka tropiska hav och påverka klimatet på en global skala.
"Det här är inte en berättelse med bara en punch line", sa He, biträdande professor vid Georgia Techs School of Earth and Atmospheric Science, vars senaste arbete publicerades i tidskriften Nature Climate Change . "Jag förväntade mig egentligen inte att hitta något så intressant – det fanns några överraskningar."
Han är huvudutredare för Climate Modeling and Dynamics Group, som kombinerar expertis inom fysik, matematik och datavetenskap för att studera klimatförändringar. Teamets senaste studie, ett samarbete med Mississippi State University och Princeton University, undersöker hydrologisk känslighet i planetens tre tropiska bassänger:de centrala delarna av både Stilla havet och Atlanten, och större delen av Indiska oceanen, ett ekvatorialbälte som omsluter jorden mellan Kräftans vändkrets (norr) och Stenbockens vändkrets (söder).
"Hydrologisk känslighet" (HS) avser nederbördsförändringen per grad av ytuppvärmning. Hydrologisk känslighet är ett nyckelmått som forskare använder för att utvärdera eller förutsäga hur nederbörd kommer att reagera på framtida klimatförändringar. Positivt HS indikerar ett blötare klimat, medan negativt HS indikerar ett torrare klimat.
"Projektionen av hydrologisk känslighet och framtida nederbörd har undersökts brett, men de flesta studier tittar på globala medelvärden - ingen hade ännu tittat noga på varje enskild bassäng," sa han. "Och den verkliga inverkan på globala klimatförändringar kommer från den regionala skalan."
Det som händer i tropiska vatten har med andra ord långtgående effekter.
Lång räckvidd för tropikerna
Han ville specifikt undersöka de tropiska bassängerna eftersom de redan har ett välkänt inflytande på avlägsna platser:El Niños och La Niñas. Dessa vädermönster som skiftar vartannat år är exempel på förändringar i tropisk oceanisk nederbörd som har en global inverkan.
"Dessa nederbördsförändringar skapar uppvärmning och kylning i atmosfären som sätter igång atmosfäriska vågor som påverkar avlägsna klimat över hela världen," sade han. Under El Niño-vintrarna, till exempel, får sydöstra USA vanligtvis mer nederbörd än vanligt.
Men El Niños och La Niñas är naturligt förekommande. Medan de förändringar i tropisk nederbörd som han identifierade projiceras som resultat av mänskligt inducerad global uppvärmning – en simulering, en del av en klimatmodell.
Klimatmodeller är ett viktigt verktyg för He och andra forskare, som använder dem för att simulera möjliga framtidsscenarier. Dessa är datorprogram som förlitar sig på komplexa matematiska ekvationer för att projicera den atmosfäriska interaktionen mellan energi och materia som sannolikt kommer att inträffa över hela planeten.
Det som förvånade han var den betydande skillnaden i HS mellan tropiska bassänger. I huvudsak har den tropiska Stillahavsbassängen i Hes modell en HS mer än dubbelt så stor som den indiska bassängen, med Atlantbassängen projicerad som ett negativt värde.
"Det var förvånande eftersom dessa skillnader inte kan förklaras av de vanliga teorierna om förändringar i tropisk nederbörd," sa han. "Med andra ord, ingen av de teorier vi kände skulle ha förutspått det."
Effekterna av en sådan divergerande hydrologisk känslighet skulle vara utbredd, enligt He. Till exempel tyder hans experiment på att det kontinentala USA kommer att bli blötare och Amazonas kommer att bli torrare.
"Om dessa modellprojektioner är sanna kommer dessa effekter att förverkligas när klimatet fortsätter att värmas", sa He, som inte kan förutsäga exakt hur lång tid det kommer att ta innan dessa effekter kan upptäckas i faktiska observationer av vår tredimensionella värld.
Det beror på att de bara har tillförlitliga observationer av oceanisk tropisk nederbörd sedan 1979. Nederbördsförändringar under decennier påverkas starkt av inre klimatvariationer – det vill säga klimatförändringar som inte orsakas av människor. När mänskligt inducerade nederbördsförändringar är betydligt större än inre klimatvariationer, borde vi kunna upptäcka de omfattande effekterna av divergerande hydrologisk känslighet.
Men utmaningarna med fortsatta klimatförändringar tillåter inte lyxen att vänta tills varje aspekt av klimatprognosen blir verklighet, noterade han och tillade:"Vi förlitar oss till viss del på klimatprognoser för att vägleda våra anpassnings- och begränsningsplaner. Därför är viktigt att studera och förstå klimatprognoserna."
Baserat på scenariot som projiceras av klimatmodeller som används i Hes forskning kommer effekterna av El Niños och La Niñas på avlägsna klimat att bli starkare.
"Vad vi kan antyda är att denna förstärkning delvis skulle bero på den divergerande HS bland tropiska bassänger," avslutade han.
Även om de framtida effekterna av HS på El Niños och La Niñas inte diskuterades i denna studie, tror han att det skulle bli ett mycket intressant forskningsämne framöver.
Mer information: Jie He et al, Divergerande hydrologisk känslighet bland tropiska bassänger, Nature Climate Change (2024). DOI:10.1038/s41558-024-01982-8
Journalinformation: Naturklimatförändringar
Tillhandahålls av Georgia Institute of Technology
