Hoe zouden de weerpatronen van vandaag eruitzien in een warmer, nattere atmosfeer - een verwachte verschuiving die wordt voorspeld door klimaatverandering?

Onderzoeker Kristen Rasmussen van de Colorado State University biedt nieuw inzicht in deze vraag, in het bijzonder:hoe onweer anders zou zijn in een warmere wereld.

De universitair docent atmosferische wetenschap werkt op het snijvlak van weer en klimaat. Ze is hoofdauteur van een nieuw artikel in Klimaatdynamiek dat gedetailleerde klimaatsimulaties met hoge resolutie over de continentale Verenigde Staten beschrijft. Haar resultaten suggereren dat extreme onweersbuien, of wat atmosferische wetenschappers convectieve systemen noemen, zal in frequentie toenemen bij een warmer klimaatscenario. Deze verschuiving zou worden veroorzaakt door fundamentele veranderingen in de thermodynamische omstandigheden van de atmosfeer.

Voor de studie, Rasmussen gebruikte een krachtige nieuwe dataset ontwikkeld door het National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder, Colorado, waar Rasmussen postdoctoraal werk voltooide voordat hij in 2016 bij de CSU-faculteit kwam.

De wetenschappers hebben de enorme dataset gegenereerd door NCAR's Weather Research and Forecasting-model uit te voeren met een extreem hoge resolutie van ongeveer 4 kilometer (ongeveer 2,5 mijl), over de hele aangrenzende VS. Typische klimaatmodellen lossen slechts op tot ongeveer 100 kilometer (ongeveer 62 mijl) - lang niet het detail dat beschikbaar is in de nieuwe dataset. In de nieuwe gegevens zijn fijnere cloudprocessen opgenomen dan in eerdere klimaatmodellen beschikbaar waren.

Met behulp van de dataset en in samenwerking met NCAR-onderzoekers, Rasmussen leidde de analyse van gedetailleerde klimaatsimulaties. De eerste controlesimulatie omvatte weerpatronen van 2000-2013. De tweede simulatie overlapte diezelfde weergegevens met een "pseudo-opwarmingstechniek" met behulp van een geaccepteerd scenario dat uitgaat van een stijging van 2 tot 3 graden van de gemiddelde temperatuur, en een verdubbeling van de atmosferische koolstofdioxide.

"Toen we de huidige convectieve populatie vergeleken met de toekomst, we ontdekten dat zwakke tot matige stormen in frequentie afnemen, overwegende dat de meest intense stormen in frequentie toenemen, " zei Rasmussen. "Dit is een indicatie van een verschuiving in de convectieve populatie, en het geeft ons een beeld van hoe veranderingen in het klimaat het optreden van onweersbuien kunnen beïnvloeden."

Om deze bevinding te verklaren, de studie toonde ook aan dat, hoewel de hoeveelheid energie die beschikbaar is voor convectie toeneemt in een warmer en vochtiger klimaat, de energieremmende convectie neemt ook toe. De relaties van deze verschuivingen bieden een thermodynamische verklaring voor toenemende of afnemende aantallen stormen.

De huidige klimaatmodellen houden geen goed rekening met cloudprocessen en hebben aannames gedaan over hun gedrag. In feite, wolk en mesoschaal, of middelgrote, processen in de atmosfeer behoren tot de grootste onzekerheden in de huidige klimaatmodellen, zei Rasmussen.

"Nu wereldwijde klimaatmodellen met een hogere resolutie worden gebruikt, ze hebben meer informatie nodig over de fysieke processen van wolken, om alle gevolgen van klimaatverandering beter te begrijpen, " zei ze. "Dit was een van de motivaties achter de studie."

In de studie van Rasmussen, cloudgedrag werd realistischer gedefinieerd met behulp van gegevens die zijn opgelost in blokken van 4 kilometer. Dat betekende dat ze topografische kenmerken zoals de Rocky Mountains kon oplossen en de onweersbuien op natuurlijke wijze in hun omgeving kon laten ontwikkelen. Haar studie hield rekening met de verspreiding van georganiseerde stormen, en omvatte ook de juiste dagelijkse neerslagcycli in de VS, geen van beide zijn nauwkeurig weergegeven in de huidige klimaatmodellen.

NCAR plant meer klimaatsimulaties met nog fijnere details van weerprocessen. Rasmussen hoopt vervolgonderzoeken te doen die verschuivingen in het stormspoor verklaren, wat niet tot uiting kwam in haar meest recente onderzoek.