I Kaliforniens vintersäsong 2022-2023 stod staten inför nio atmosfäriska floder (AR) som ledde till extrema översvämningar, jordskred och strömavbrott – den längsta varaktigheten av kontinuerliga AR-förhållanden under de senaste 70 åren. Forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) genomförde nyligen en studie som använder maskininlärning för att bättre förstå dessa komplexa vädersystem, och fann att mer intensiva atmosfäriska floder är mer benägna att inträffa i följd inom en kort tidsperiod.
En artikel publicerad i Communications Earth and Environment beskriver sina resultat.
Kaliforniens vinterklimat definieras till stor del av dessa atmosfäriska floder - långa, smala områden i atmosfären som överför vattenånga från tropikerna, oftast förknippad med västkusten som kommer från Stilla havet. När de landar (dvs passerar över land) kan de släppa ut enorma mängder regn och snö. De katastrofala miljömässiga och ekonomiska effekterna av AR visar hur brådskande det är att studera dem, särskilt som jordens klimatförändringar.
"Atmosfäriska flodhändelser kommer sannolikt att bli värre med stigande temperaturer", förklarade Yang Zhou, forskare inom Earth and Environmental Sciences Area (EESA) och huvudförfattare till publikationen. "Genom att studera hur och varför mer täta händelser inträffar kan vi försöka hjälpa Kalifornien att vara bättre förberedda."
Även om atmosfäriska floder studeras brett, har vetenskapen bakom AR-händelser i stort sett förblivit ett mysterium. Zhou, tillsammans med seniorforskarna från Berkeley Lab, William Collins och Michael Wehner, försökte undersöka AR-beteende med hjälp av kluster – grupper av AR-landföringar som inträffade i en specifik region under en relativt kort tidsperiod. Teamet använde maskininlärning för att identifiera dessa kluster, undersöka deras egenskaper, påverkan och kopplingar till atmosfäriska cirkulationer.
För att göra det fokuserade forskarna på hur många AR-"dagar", som inträffar när AR:er faller över västkustens land och släpper ut nederbörd, som hände under klustrets tidsperiod. Detta kallas "klusterdensiteten". Till exempel skulle ett mer tätt kluster på fem dagar ha fyra av de fem dagarna som AR-dagar, medan ett mindre tätt kluster skulle ha två av de fem dagarna som AR-dagar.
"Våra fynd visar att mer intensiva AR-händelser är mer benägna att inträffa med mer täta AR-kluster," förklarade Zhou. "Detta innebär att det inte bara finns mindre tid tillgänglig för marken att återhämta sig mellan händelserna utan att de enskilda händelserna i sig är mer extrema. Detta gör den totala effekten av tätt fördelade AR-kluster ännu mer allvarlig."
Teamet studerade också hur klusterdensitet påverkade svårighetsgraden av konsekvenserna på marken, vilket visade att tätare kluster resulterar i fler översvämningar och skador på infrastruktur och ekosystem. Detta beror på att landet har mindre tid att återhämta sig eftersom kraftiga regn fortsätter att inträffa med kortare pauser.
De undersökte också hur atmosfäriska mönster påverkar kluster och fann att specifika atmosfäriska förhållanden relaterade till tryck och vindar var mer gynnsamma för att täta kluster skulle uppstå i en varmare värld.
Att känna till de atmosfäriska förhållandena som vanligtvis resulterar i täta AR-kluster och att extrema AR-händelser är mer benägna att inträffa i AR-kluster kan hjälpa forskare som förutspår dessa händelser år och decennier in i framtiden och samhällen som försöker förbereda sig för dem.
Mer information: Yang Zhou et al, rygg mot rygg högkategori atmosfäriska flodlandfall förekommer oftare på USA:s västkust, Communications Earth &Environment (2024). DOI:10.1038/s43247-024-01368-w
Journalinformation: Kommunikation Earth &Environment
Tillhandahålls av Lawrence Berkeley National Laboratory
