Nieuwe supercomputersimulaties door klimaatwetenschappers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Department of Energy hebben aangetoond dat klimaatverandering de hoeveelheid regenval in recente orkanen zoals Katrina, Irma, en Maria met 5 tot 10 procent. Ze ontdekten verder dat als die orkanen zouden plaatsvinden in een toekomstige wereld die warmer is dan de huidige, die stormen zouden nog meer regen en sterkere winden hebben.

De studie, "Antropogene invloeden op grote tropische cycloongebeurtenissen, " verschijnt 15 november in het tijdschrift Natuur . Om tot hun conclusies te komen, hebben Berkeley Lab-onderzoekers Christina Patricola en Michael Wehner 15 historische tropische cyclonen gemodelleerd, of orkanen, zoals ze in de Atlantische Oceaan worden genoemd, en ze gesimuleerd in verschillende klimaatscenario's uit het verleden en toekomstige klimaatscenario's. Het doel van de studie was om te onderzoeken hoe de opwarming veroorzaakt door menselijke activiteiten deze stormen kan hebben beïnvloed en soortgelijke stormen in de toekomst zou kunnen beïnvloeden.

"We beginnen al antropogene factoren te zien die de regenval van tropische cyclonen beïnvloeden, " zei Patricola, een wetenschapper in Berkeley Lab's Earth and Environmental Sciences Area en hoofdauteur van de studie. "En onze simulaties geven sterk aan dat we naarmate de tijd verstrijkt, een nog grotere toename van de regenval kunnen verwachten."

Patricola koos 15 tropische cyclonen die de afgelopen tien jaar over de hele wereld hebben plaatsgevonden, inclusief de Atlantische Oceaan, Grote Oceaan, en de Indische Oceaan - en voerde klimaatsimulaties met hoge resolutie uit van die stormen in verschillende scenario's, verschillende factoren zoals lucht- en oceaantemperaturen, vochtigheid, en broeikasgasconcentraties. "Het is moeilijk om te ontrafelen hoe klimaatverandering tropische cyclonen kan beïnvloeden met alleen waarnemingen, omdat de gegevens vóór het satelliettijdperk onvolledig zijn en de natuurlijke variabiliteit in tropische cyclonen groot is. " ze zei.

Ze splitste de studie in twee delen, een om de effecten van klimaatverandering tot nu toe te analyseren, en de tweede om in de toekomst te projecteren, om te begrijpen hoe verschillende niveaus van opwarming van de aarde de intensiteit van tropische cyclonen en regenval kunnen veranderen.

Ze ontdekte dat een opwarmend klimaat de regenval al intenser heeft gemaakt, met 5 tot 10 procent, maar heeft tot nu toe geen noemenswaardige invloed gehad op de windsnelheden in de orkanen die in deze studie worden beschouwd. Maar als het klimaat blijft opwarmen, piekwindsnelheden kunnen oplopen tot wel 25 knopen, of ongeveer 29 mph.

Toeschrijvingsmethode 'Hindcast'

De onderzoekers gebruikten wat Wehner, een expert op het gebied van extreem weer in de Computational Research Division van Berkeley Lab, roept de hindcast-attributiemethode aan, die hij beschrijft als hetzelfde als een voorspelling, behalve dat de gebeurtenis al heeft plaatsgevonden "dus je hebt mogelijk meer informatie om te gebruiken."

Wehner en Patricola gebruikten vorig jaar dezelfde methode in een analyse van een zware storm in Colorado in 2013, die recordoverstromingen veroorzaakte. "Je kunt je deskundige oordeel achteraf zeker beter gebruiken, "zei hij. "Dus je simuleert de gebeurtenis in de wereld die was, gevolgd door het simuleren van een counterfactual storm in een wereld die had kunnen zijn als mensen het klimaatsysteem niet hadden aangepast."

Bijvoorbeeld, door orkaan Katrina te modelleren in een pre-industrieel klimaat en opnieuw onder de huidige omstandigheden, en het verschil nemen tussen de resultaten, onderzoekers kunnen bepalen wat kan worden toegeschreven aan antropogene opwarming. Echter, de opzet van het onderzoek liet de onderzoekers niet toe om de vraag te onderzoeken of orkanen vaker zullen voorkomen, of ze anders gaan bewegen, zoals de manier waarop orkaan Harvey enkele dagen boven Houston tot stilstand kwam.

Wehner waarschuwt ook dat er maar één klimaatmodel is gebruikt (het Weather Research and Forecasting-model, ontwikkeld door het National Center for Atmospheric Research), en dat vertrouwen zal toenemen wanneer de resultaten worden gerepliceerd in andere modellen.

meer regen, sterkere winden

Naast het pre-industriële scenario, Patricola en Wehner simuleerden ook de tropische cyclonen die zich voordoen in drie toekomstige klimaatscenario's, bekend als RCP4.5, RCP6.0, en RCP8.5, die elk een toenemende uitstoot van broeikasgassen en de opwarming van de aarde vertegenwoordigen. Sinds het begin van de 20e eeuw, de gemiddelde mondiale oppervlaktetemperatuur is met ongeveer 1 graad Celsius gestegen; in RCP8.5, het meest extreme scenario, De verwachting is dat de temperatuur nog eens 3 tot 4 graden zal stijgen.

Ze ontdekten dat de regenval in de toekomstscenario's met 15 tot 35 procent zou kunnen toenemen. De windsnelheden stegen met maar liefst 25 knopen, hoewel de meeste orkanen toenamen van 10 tot 15 knopen zagen. "Het feit dat bijna alle 15 tropische cyclonen op een vergelijkbare manier reageerden, geeft vertrouwen in de resultaten, ' zei Patricola.

Een andere interessante bevinding was dat de structuur van stormen kan veranderen waar de regenval intenser is in het oog van de orkaan, maar minder intens aan de buitenranden. "In een warmere wereld berooft het binnenste deel van de storm vocht van het buitenste deel van de storm, ' zei Wehner.

Huidige state-of-the-art klimaatsimulaties op lange termijn naderen resoluties van 25 kilometer en fijner, die in grote lijnen tropische cyclonen kan vertegenwoordigen. Echter, belangrijke fijnmazige kenmerken zoals cloudclusters kunnen alleen op die schaal worden benaderd, met onbekende implicaties voor klimaatprojecties. Dit motiveerde het Berkeley Lab-team om hun simulaties uit te voeren met een resolutie van 4,5 kilometer, die enige weergave van cloudclusters mogelijk maakte. Ze ontdekten dat de fijnere ruimtelijke schaal de kwalitatieve aspecten van hun conclusies niet veranderde.

"We ontdekten dat de invloeden van klimaatverandering op de wind en regenval van orkaan Katrina ongevoelig zijn voor modelresolutie tussen 3 km en 25 km, Patricola zei. "Dit is goed nieuws omdat het suggereert dat we meer vertrouwen kunnen stellen in projecties van wereldwijde klimaatmodellen met resoluties van ten minste 25 km, die steeds vaker voorkomen."

Met 15 orkanen gesimuleerd in vijf klimaatscenario's, elk 10 keer herhaald, de studie gebruikte miljoenen rekenuren op de Cori-supercomputer van het National Energy Research Scientific Computing Center van Berkeley Lab. "NERSC was absoluut cruciaal om dit onderzoek gedaan te krijgen, " Zei Patricola. "Sommige studies hebben gekeken naar hoe individuele stormen kunnen zijn veranderd als gevolg van klimaatverandering. Een van de belangrijke dingen van deze studie is dat we hetzelfde klimaatmodel en dezelfde methodologie konden gebruiken voor 15 stormen, waarmee we kunnen beoordelen hoe robuust de resultaten zijn, en was nog nooit eerder gedaan."

Patricola benadrukt het belang van het gebruik van zowel waarnemingen als klimaatmodellen om het klimaatsysteem te begrijpen. Verschillende studies, waaronder een van Berkeley Lab vorig jaar gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven , ontdekte dat klimaatverandering de regenval van orkaan Harvey verhoogde, gebaseerd op statistische analyse van waarnemingen. "Als beide benaderingen overeenkomen, we kunnen meer vertrouwen hebben in de resultaten, " zei ze. "Wetenschappers zijn het erover eens dat de opwarming van de aarde zal leiden tot een toename van regenval door tropische cyclonen. Een van de resterende onzekerheden is hoeveel."