Een nieuwe studie door onderzoekers van MIT en het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich toont aan dat de meest extreme regenbuien in de meeste regio's van de wereld in intensiteit zullen toenemen met 3 tot 15 procent, afhankelijk van de regio, voor elke graad Celsius die de planeet opwarmt.

Als de gemiddelde temperatuur wereldwijd de komende honderd jaar met 4 graden Celsius stijgt, zoals veel klimaatmodellen voorspellen gezien de relatief hoge CO2-uitstoot, een groot deel van Noord-Amerika en Europa zou een toename van de intensiteit van extreme regenval met ongeveer 25 procent ervaren. Sommige plaatsen, zoals delen van de Aziatische moessonregio, zouden grotere stijgingen ervaren, terwijl er kleinere stijgingen zullen zijn in de Middellandse Zee, Zuid-Afrika en Australië.

Er zijn een paar regio's die naar verwachting een afname van extreme regenval zullen ervaren naarmate de wereld opwarmt, meestal gelegen boven subtropische oceanen die net buiten de tropische, equatoriale gordel.

De studie, vandaag gepubliceerd in Natuur Klimaatverandering , constateert dat de verschillende veranderingen in extreme neerslag van regio tot regio kunnen worden verklaard door verschillende veranderingen in de sterkte van lokale windpatronen:naarmate een regio opwarmt als gevolg van door de mens veroorzaakte uitstoot van kooldioxide, winden loft die warm, met vocht beladen lucht omhoog door de atmosfeer, waar het condenseert en terug naar de oppervlakte regent. Maar veranderingen in de kracht van de lokale wind hebben ook invloed op de intensiteit van de meest extreme regenbuien in een regio.

Paul O'Gorman, een co-auteur van het papier en universitair hoofddocent atmosferische wetenschap in het MIT's Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen, zegt de ernst van de sterkste regenbuien te kunnen voorspellen, per regio, kan lokale planners helpen zich voor te bereiden op mogelijk meer verwoestende stormen.

"Er is over de hele wereld belangstelling voor de vraag of codes moeten worden aangepast om zich aan te passen aan een veranderend klimaat en neerslag, in het bijzonder voor overstromingen, " zegt O'Gorman. "We ontdekten dat er regionale variaties zijn in de verwachte neerslagrespons vanwege veranderingen in wind, en natuurlijk als je geïnteresseerd bent in de effecten van extreme neerslag, u wilt weten wat er in uw regio gebeurt."

Een globale rasterweergave

Sinds de jaren 1990, wetenschappers hebben op basis van klimaatmodellen voorspeld dat de intensiteit van extreme regenbuien over de hele wereld zou moeten toenemen met stijgende mondiale temperaturen. Huidige waarnemingen hebben deze trend tot dusver op een brede, wereldwijde schaal. Maar wetende hoe extreme stormen zullen veranderen op een meer specifieke, regionale schaal was een lastiger beeld om op te lossen, aangezien klimaatgegevens niet in alle landen in gelijke mate beschikbaar zijn, of zelfs continenten, en het signaal van klimaatverandering wordt op regionale schaal in grotere mate gemaskeerd door weerslawaai.

"De waarnemingen vertellen ons dat er op bijna alle breedtegraden een toename [bij extreme regenval] zal zijn, maar als je wilt weten wat er gaat gebeuren op de schaal van een continent of kleiner, het is een veel moeilijkere vraag, ' zegt O'Gorman.

Hij en zijn collega's begonnen hun studie vanuit een globaal perspectief. Ze keken eerst door een enorm archief van wereldwijde simulatieruns, bekend als de gekoppelde model-intercomparison-projectfase 5 (CMIP5), die de output samenvoegt, of voorspellingen, gemaakt door verschillende klimaatmodellen, voor alles, van lokale luchtdruk tot de dikte van zee-ijs als reactie op veranderend klimaat.

Voor deze studie is de onderzoekers hebben het CMIP5-archief geruimd voor specifieke outputs, inclusief dagelijkse geaccumuleerde oppervlakteneerslag en temperatuur, verticale windsnelheid en druk, en dagelijkse luchtvochtigheid. Deze outputs werden gesimuleerd door 22 klimaatmodellen, voor de jaren 1950 tot 2100, in een scenario waarin relatief veel CO2 wordt uitgestoten.

Het team bekeek de output van elk van de 22 modellen op een regionale, raster voor raster basis. Elk model simuleert klimaatomstandigheden door de wereld in een raster te verdelen, waarbij de zijde van elke rastercel 100 tot 200 kilometer meet. Voor elke cel in elk model, de onderzoekers identificeerden de maximale dagelijkse regenval per jaar en vergeleken deze met de gemiddelde wereldtemperatuur voor dat jaar.

Alle 22 modellen voorspelden dat de grootste toename van extreme regenval zal plaatsvinden in delen van de Aziatische moessonregio zoals India en in delen van de equatoriale Stille Oceaan, met meer gematigde stijgingen in Noord-Amerika, Centraal Amerika, de Middellandse Zee, en Australië.

O'Gorman zegt dat hoewel het ruimtelijke patroon van verandering robuust was in de modellen, de omvang van de verandering was veel onzekerder in tropische gebieden, en modellering met een hogere resolutie is nodig om deze onzekerheid te verkleinen.

Om te zien wat de variatie in regenval van regio tot regio beïnvloedde, het team stopte de output in een op fysica gebaseerde formule die de hoeveelheid neerslag op het oppervlak relateert aan de verticale wind en de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer. Ze vonden dat, algemeen, het waren de veranderingen in de wind, en geen waterdamp, die de variaties van regio tot regio bepaalden in de verandering in extreme regenintensiteit.

Tropische expansie

De onderzoekers vonden ook een afname van de hoeveelheid extreme regenval boven subtropische oceaangebieden, waar de bovenliggende atmosfeer over het algemeen droog is, produceren relatief zwakke stormsystemen.

"Het is nogal opvallend, " zegt O'Gorman. "Bijna overal, er is een toename van extreme neerslag, behalve deze oceaangebieden."

Hij suggereert dat dit deels te wijten kan zijn aan de voortdurende uitbreiding van de tropen, en de bijbehorende veranderingen in een atmosferisch circulatiesysteem dat bekend staat als de Hadley-cel, waarin lucht stijgt nabij de evenaar en verder naar de pool daalt. Omdat het klimaat de afgelopen decennia is opgewarmd, onderzoekers hebben opgemerkt dat het klimaat op de evenaar zich heeft verspreid naar de polen, het creëren van een veel bredere tropische gordel. Terwijl de tropen en de Hadley-cel blijven uitbreiden, dit zou het patroon van extreme neerslag beïnvloeden, vooral in de subtropen.

"De subtropen zijn over het algemeen droog, en als je het gebied van dalende lucht naar de polen verplaatst, je zou sommige regio's met stijgingen krijgen, en andere met afnamen [bij extreme regenval], " zegt O'Gorman. "We ontdekten echter dat dit slechts de helft van de dalingen door veranderingen in wind verklaarde, dus het is nog steeds een beetje een mysterie waarom je daar een afname van extreme neerslag krijgt."

O'Gorman onderzoekt momenteel of de duur van extreme regenval verandert met stijgende temperaturen, die praktische implicaties kunnen hebben voor het bepalen van de veerkracht van gebouwen en infrastructuur.

"Gezien een extreme neerslaggebeurtenis, hoe lang duurt het, zeg in uren, en verandert die tijd met de klimaatopwarming?' zegt O'Gorman. 'We denken dat de intensiteit van een gebeurtenis verandert, en als de duur ook verandert, dat kan ook belangrijk zijn."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.