Att förstå molnmönster i vårt föränderliga klimat är avgörande för att göra korrekta förutsägelser om deras inverkan på samhället och naturen. Forskare vid Institute of Science and Technology Austria (ISTA) och Max-Planck-Institute for Meteorology publicerade en studie i tidskriften Science Advances som använder en högupplöst global klimatmodell för att förstå hur klustringen av moln och stormar påverkar extrema nederbörd i tropikerna. De visar att med stigande temperaturer ökar svårighetsgraden av extrema nederbördshändelser.

Extrema regn är en av de mest skadliga naturkatastroferna som kostar människoliv och orsakar miljarder i skador. Deras frekvens har ökat under de senaste åren på grund av det värmande klimatet.

Under flera decennier har forskare använt datormodeller av jordens klimat för att bättre förstå mekanismerna bakom dessa händelser och för att förutsäga framtida trender.

I nya Science Advances studien använde ett team av forskare från Institute of Science and Technology Österrike (ISTA) och Max-Planck-Institute for Meteorology (MPI-M) under ledning av ISTA postdoc Jiawei Bao en ny toppmodern klimatmodell för att studera hur moln- och stormkluster påverkar extrema regnhändelser – särskilt i tropikerna – mer i detalj än vad som varit möjligt tidigare.

"Denna nya typ av modell med en mycket finare upplösning visade att, med ett varmare klimat, ökar extrema nederbördshändelser i tropikerna i svårighetsgrad mer än vad som förväntades i teorin på grund av att molnen är mer klustrade," Bao, som ursprungligen startade detta projekt under hans tidigare postdoc-tjänst vid MPI-M, förklarar.

"Vi kan se att när molnen är mer samlade, regnar det under en längre tid, så den totala mängden nederbörd ökar. Vi fann också att mer extremt regn över områden med hög nederbörd sker på bekostnad av utvidgning av torra områden - ytterligare en skifta till extrema vädermönster Detta beror på hur moln och stormar samlas, vilket vi nu kunde simulera med denna nya klimatmodell."

Denna nya modell, som först föreslogs 2019, simulerar klimatet med en mycket högre upplösning än tidigare. Tidigare modeller kunde inte ta hänsyn till moln och stormar så mycket detaljerat, och därför saknade mycket av den komplexa dynamiken i luftrörelser som skapar moln och får dem att samlas för att bilda mer intensiva stormar.

Medan modellen simulerar hela världen på en gång, fokuserade forskarna sin analys på området för tropikerna runt ekvatorn. De gjorde detta eftersom moln- och stormbildningen där fungerar annorlunda än på andra breddgrader.

Caroline Muller, biträdande professor vid ISTA, tillägger, "Tidigare modeller har antytt påverkan av molnkluster på nederbördsextremer men kunde inte tillhandahålla nödvändiga data. I samarbete med våra kollegor Bjorn Stevens och Lukas Kluft från Max Planck Institute for Meteorology, våra fynd lägger till den växande mängden bevis som visar att molnbildning i mindre skala har en avgörande inverkan på klimatförändringarnas resultat."

Kollaborativa modeller

Forskare över hela världen samarbetar för att skapa mer detaljerade och realistiska modeller av världens klimat för att förstå effekterna av klimatförändringar.

Klimatmodeller delar in jordens atmosfär i tredimensionella bitar, var och en med sina egna data om temperatur, tryck, luftfuktighet och många fler fysiska egenskaper. De använder sedan fysiska ekvationer för att simulera hur dessa bitar interagerar och förändras över tiden för att skapa en representation av den verkliga världen. Eftersom datorkraft och lagring inte är obegränsad, måste dessa modeller införa förenklingar och forskare arbetar kontinuerligt för att göra dem mer exakta.

Äldre generationer av klimatmodeller använder bitar på cirka 100 kilometer i horisontell längd, vilket fortfarande resulterar i att tio till hundratusentals av dem täcker hela jordklotet. Framsteg inom algoritmer och superdatorer gjorde det möjligt för forskare att öka upplösningen på modellerna mer och mer.

"Vi använde en klimatmodell som utvecklats vid MPI-M och analyserade data som fanns hos German Climate Computing Center i Hamburg med en upplösning på bara fem kilometer, vilket var mycket beräkningsmässigt dyrt", tillägger Bao. "All klimatforskning är ett enormt samarbete mellan hundratals människor som vill bidra till vår förståelse av världen och vår inverkan på den."

Bao, som först började intressera sig för klimatforskning under sin doktorsexamen. vid University of New South Wales, Australien, och som nu arbetar som IST-BRIDGE postdoktor vid ISTA, vill fortsätta sitt arbete med extrema nederbördshändelser för att hitta mer bevis för deras orsaker och effekter med hjälp av ytterligare modeller.

Caroline Muller, som först studerade matematik och sedan fann sin passion för forskningsfrågor med mer verklig påverkan, och hennes forskargrupp använder klimatmodeller för att studera luftkonvektion och bildandet av moln och stormar i olika skalor – upp till tropiska cykloner – till bättre förstå deras orsaker och effekterna av klimatförändringar på samhället och naturen.

Mer information: Jiawei Bao, Intensifiering av dagliga extremer i tropisk nederbörd från mer organiserad konvektion, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj6801. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj6801

Journalinformation: Vetenskapens framsteg

Tillhandahålls av Institute of Science and Technology Österrike