Arktisk havsis krymper när världen fortsätter att värmas upp, och en ny studie ledd av forskare vid Penn State kan ge en bättre förståelse för hur förlusten av denna is kan påverka det dagliga vädret på mellanbreddgraderna, inklusive USA.
Forskarna använde klimatmodeller och en maskininlärningsmetod för att peka ut effekterna av ishavsförlust på framtiden för storskaliga meteorologiska mönster över Nordamerika. De rapporterade i Journal of Climate att ishavsförlust förstärkte dessa mönster och deras inverkan på temperaturen nära ytan – vilket till exempel innebär att kalla väderhändelser kan vara mindre kalla.
"Arktis i allmänhet är källan till kall luft för oss när vi har dessa riktigt kalla händelser", säger Melissa Gervais, biträdande professor vid institutionen för meteorologi och atmosfärsvetenskap vid Penn State och huvudförfattare till studien.
"När uppvärmningen fortsätter vet vi att Arktis kommer att bli mindre kallt. Vad detta arbete visar oss är att förlusten av havsis också förändrar vädermönster som för kall luft till de mellersta breddgraderna. Så uppvärmning utarmar både din källa till kall luft och gör det svårare att transportera."
Havsisen fungerar som en filt över havet och hindrar varmare vatten från att förlora värme till atmosfären, sa Gervais. När isen väl är borta kan värme från havet komma in i atmosfären och skapa ett lågtryckssystem över där isen hade varit, vilket resulterar i mindre transport av kall arktisk luft till andra delar av jorden, sa forskarna.
När havsisen smälter värms Arktis upp i snabbare takt än resten av planeten, en process som kallas arktisk förstärkning. Och även om det skulle förväntas att mindre kall luft skulle transporteras från Arktis till de mellersta breddgraderna under dessa förhållanden, tillät den nya studien forskarna att undersöka djupare i de mekanismer som är ansvariga för dessa förändringar.
"Vår forskning gjorde det möjligt för oss att gräva lite djupare i vad som händer," sa Gervais. "Vi kunde se att förutom effekten av arktisk förstärkning, så finns det också en påverkan på den faktiska cirkulationen eller flödet i atmosfären."
För att testa påverkan på vädermönster körde forskarna en klimatmodell under två scenarier – det ena med isnivåer som överensstämmer med 1980- och 1990-talen och det andra med minskade isnivåer som förväntas i slutet av seklet.
De använde självorganiserande kartor, en maskininlärningsmetod, för att klassificera mönster av dagligt väder i troposfären, det lägsta lagret av jordens atmosfär där det mesta vädret inträffar. De undersökte sedan hur dessa allmänna vädermönster översätts till variabler som är närmare ytan.
"Utan att använda denna maskininlärningsmetod hade vi inte riktigt kunnat förstå de processer som är involverade," sa Gervais. "För sådana här studier, där vi använder en stor mängd klimatmodellsimuleringar, kan vi inte hitta dessa mönster för hand."
Ett vädermönster som särskilt påverkades av förlusten av havsis involverade avvikelser i kallt väder över Nordamerika. Mönstret är förknippat med starka kalla anomalier, som nådde ungefär 29°F under nuvarande havsisförhållanden men värmdes avsevärt under scenarierna med mindre havsis, sa forskarna.
"Vi fann att när vi förlorar havsisen minskar inte bara denna anomali, utan det blir faktiskt också ett varmt mönster," sa Gervais. "Så, samma mönster i den övre atmosfären ger nu faktiskt varmare temperaturer nära ytan."
Mer information: Melissa Gervais et al, Impacts of Projected Arctic Sea Ice Loss on Daily Weather Patterns over North America, Journal of Climate (2023). DOI:10.1175/JCLI-D-23-0389.1
Tillhandahålls av Pennsylvania State University
