Klimaatwetenschappers weten al decennia dat klimaatverandering meer is dan hogere temperaturen. De zeespiegel stijgt, bosbranden laaien op en droogtes verminderen de watervoorziening over de hele wereld.

Extreme weersomstandigheden, zoals orkanen en onweersbuien, waarschijnlijk ook erger worden. Maar om te voorspellen hoeveel deze stormen zullen veranderen in een warmere wereld, we moeten begrijpen hoe ze werken in het huidige klimaat.

Dan Chavas, een assistent-professor atmosferische wetenschap aan de Purdue University, probeert dat dilemma op te lossen.

"Als mensen vragen hoe stormen in de toekomst zullen veranderen, mijn vraag is, 'Hoe goed begrijpen we hoe dat fenomeen werkt in het klimaat in het algemeen?', zei hij. 'Soms wordt die tussenstap overgeslagen. Als je geen basiskennis hebt van de relatie tussen klimaat en wat voor soort storm je ook bekijkt, het is moeilijk te zeggen dat je de vraag over klimaatverandering kunt beantwoorden."

Ondanks dat het jaarlijks honderden doden en miljarden dollars schade veroorzaakt in de VS, er is veel over orkanen dat we nog steeds niet begrijpen. Plaats, water temperatuur, luchtdruk en bewolking spelen allemaal een rol bij de uiteindelijke ernst van de storm, maar het is niet helemaal duidelijk hoe ze samenwerken.

Onderzoekers begrijpen nog niet wat de grootte van een orkaan bepaalt, of. Stormen kunnen heel groot of heel klein zijn en dezelfde maximale windsnelheid hebben. Als expert in de fysica van extreem weer, veel van Chavas' werk tot nu toe was gericht op wat de grootte van een orkaan regelt en hoe de windsnelheid verandert als een functie van de afstand tot het centrum van de storm.

Recenter, hij probeert te bepalen wat de frequentie bepaalt waarmee orkanen ontstaan. Er zijn elk jaar ongeveer 90 tropische stormen op aarde, maar niemand weet echt wat dat aantal regeert.

"Dit is een grote open vraag in ons vakgebied - we weten niet waarom er geen negen of 900 zijn, zei Chavas. "Ik doe onderzoek naar de vorming van orkanen om erachter te komen waarom ze opduiken waar ze zich voordoen, wat regelt de frequentie, en hoe dat varieert met de breedtegraad en in het algemeen met ruimte en tijd."

Chavas gebruikt computermodellen om stormen op aarde te simuleren. In zijn onderzoek, hij vergelijkt vaak twee versies van de planeet - een die veel op de werkelijke aarde lijkt, en een sterk vereenvoudigde versie waar land niet bestaat, oceanen bedekken de planeet volledig en de zon schijnt overal hetzelfde.

In deze denkbeeldige ongecompliceerde wereld, er zijn duizenden tropische cyclonen.

"Ze hebben veel interessante eigenschappen die potentieel zeer relevant zijn voor de echte wereld, "Zei Chavas. "Zoals een bioloog een muis of een fruitvlieg gebruikt als proeftuin, we gebruiken een vereenvoudigde versie van de aarde. We kunnen manipuleren wat daar gebeurt - de wereld twee keer zo snel laten draaien, of maak het groter of kleiner - en test de theorie."

Voor een echt goede schatting van hoe extreem weer in de toekomst zal veranderen, onderzoekers zouden een fysiek begrip nodig hebben van hoe deze verschijnselen werken naast voorspellingssimulaties - om beide tegelijkertijd te bekijken en te zien of ze overeenkomen.

Maar de spanning tussen de natuurkundetheorie en echte fenomenen in de weer- en klimaatwetenschap maakt dit moeilijk. Veel natuurkundigen werken in omgevingen die eenvoudiger zijn dan het eigenlijke klimaatsysteem, soms zo erg dat hun resultaten niet van toepassing zijn op de echte wereld.

Anderzijds, weersvoorspellingen zijn meestal praktisch georiënteerd. Veel meteorologen zijn gefocust op het maken van nauwkeurige voorspellingen, en als ze dat kunnen, ze zien minder behoefte om de onderliggende fysica te begrijpen. Door zijn onderzoeksresultaten van de vereenvoudigde wereld naar de echte wereld te brengen, Chavas dicht deze kloof.

"We kunnen het klimaat in de toekomst altijd simuleren, maar het helpt enorm als we theorieën hebben om te begrijpen hoe weersverschijnselen werken en hoe ze ontstaan ​​in een systeem dat zich uitstrekt tot elk klimaat, ', zei hij. 'Als we weten hoe de dingen zullen veranderen, of het klimaat nu 10 graden warmer of 10 graden koeler is, of als een ander aspect van het klimaatsysteem wordt gewijzigd, dan kunnen we eindelijk zeggen dat we het heel goed begrijpen."

Het hebben van de computerkracht om een ​​wereldwijd klimaatmodel te draaien dat kleinere stormen oplost, werd pas in het laatste decennium een ​​realiteit. Klimaatmodellen kunnen veranderingen in neerslag redelijk goed voorspellen, maar terwijl ze op weg zijn naar orkanen en tornado's, deze kleinschaliger systemen worden moeilijker op te lossen. De modellen die worden gebruikt door het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering, het orgaan van de Verenigde Naties dat regelmatig rapporten over klimaatverandering opstelt, bevat helemaal geen tornado's.

Zonder enorme klimaatmodellen om nauwkeurige voorspellingen van zwaar weer te geven, Chavas heeft zijn focus dichter bij huis gebracht, in de Rocky Mountains.

"Een hypothese die al heel lang rond de wetenschappelijke gemeenschap zweeft, zegt dat er een hotspot is voor zware onweersbuien en tornado's boven Noord-Amerika, " zei hij. "Het idee is dat het hebben van de Rocky Mountains in het westen en de Golf van Mexico in het zuiden een gunstige omgeving creëert voor extreme weersomstandigheden."

Als de bergen essentieel zijn voor stormvorming, dan zou het verwijderen ervan noodweer moeten elimineren (zo luidt de hypothese). Hypothetisch, op een planeet die volledig bedekt is met water, er zouden geen zware onweersbuien zijn.

Chavas is onlangs begonnen met het testen van deze aannames in klimaatmodellen, waarbij hij deze kenmerken manipuleert op een denkbeeldige aarde. Hij hoopt hierover binnen enkele maanden voorlopige resultaten te kunnen publiceren.

"Welke kenmerken zijn essentieel voor de vorming van zwaar weer, en hoe kan de omvang van onweer en tornado-activiteit afhangen van aspecten van de bergen, of de relatie tussen waar de berg en watermassa's zijn?" zei hij. "Het meeste onderzoek tot nu toe houdt alleen rekening met onze huidige configuratie van Noord-Amerikaanse topografie en landoppervlakken, waaruit we aannames kunnen doen over hoe dat aanleiding geeft tot zwaar weer op aarde. Maar totdat we experimenten doen waarbij we die parameters veranderen, we zullen er niet zeker van zijn dat we deze systemen goed begrijpen."