Klimaatverandering verschuift de energie in de atmosfeer die het zomerweer voedt, wat kan leiden tot sterkere onweersbuien en meer stagnerende omstandigheden voor gematigde streken van het noordelijk halfrond, inclusief Noord-Amerika, Europa, en Azië, een nieuwe MIT-studie vindt.

Wetenschappers melden dat stijgende mondiale temperaturen, vooral in het noordpoolgebied, herverdelen de energie in de atmosfeer:er is meer energie beschikbaar om onweersbuien en andere lokale, convectieve processen, terwijl er minder energie gaat naar extratropische cyclonen in de zomer - grotere, mildere weersystemen die over duizenden kilometers circuleren. Deze systemen worden normaal gesproken geassocieerd met wind en fronten die regen genereren.

"Extratropische cyclonen ventileren lucht en luchtvervuiling, dus met zwakkere extratropische cyclonen in de zomer, je kijkt naar het potentieel voor meer dagen met slechte luchtkwaliteit in stedelijke gebieden, " zegt studie auteur Charles Gertler, een afgestudeerde student aan het MIT's Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "Verder gaan dan luchtkwaliteit in steden, je hebt het potentieel voor meer destructieve onweersbuien en meer stagnerende dagen met misschien langer aanhoudende hittegolven."

Gertler en zijn co-auteur, Universitair hoofddocent Paul O'Gorman van EAPS, publiceren hun resultaten in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Een krimpende gradiënt

In tegenstelling tot meer gewelddadige tropische cyclonen zoals orkanen, extratropische cyclonen zijn grote weersystemen die poolwaarts van de tropische zone van de aarde voorkomen. Deze stormsystemen genereren snelle veranderingen in temperatuur en vochtigheid langs fronten die over grote delen van de Verenigde Staten razen. In de winter, extratropische cyclonen kunnen in Nor'easters terechtkomen; in de zomer, ze kunnen alles brengen, van algemene bewolking en lichte buien tot zware windstoten en onweersbuien.

Extratropische cyclonen voeden zich met de horizontale temperatuurgradiënt van de atmosfeer - het verschil in gemiddelde temperatuur tussen noordelijke en zuidelijke breedtegraden. Deze temperatuurgradiënt en het vocht in de atmosfeer produceren een bepaalde hoeveelheid energie in de atmosfeer die weersomstandigheden kan voeden. Hoe groter de gradiënt tussen, zeggen, het noordpoolgebied en de evenaar, hoe sterker een extratropische cycloon waarschijnlijk zal zijn.

In de afgelopen decennia, het noordpoolgebied is sneller opgewarmd dan de rest van de aarde, in feite het verkleinen van de horizontale temperatuurgradiënt van de atmosfeer. Gertler en O'Gorman vroegen zich af of en hoe deze opwarmingstrend de beschikbare energie in de atmosfeer voor extratropische cyclonen en andere zomerse weersverschijnselen heeft beïnvloed.

Ze begonnen door te kijken naar een wereldwijde heranalyse van geregistreerde klimaatwaarnemingen, bekend als de ERA-Interim Reanalyse, een project dat sinds de jaren zeventig beschikbare satelliet- en weerballonmetingen van temperatuur en vochtigheid over de hele wereld verzamelt. Uit deze metingen het project produceert een fijnmazig globaal raster van geschatte temperatuur en vochtigheid, op verschillende hoogten in de atmosfeer.

Uit dit raster van schattingen, het team richtte zich op het noordelijk halfrond, en regio's tussen 20 en 80 graden noorderbreedte. Ze namen de gemiddelde zomertemperatuur en -vochtigheid in deze regio's, tussen juni, Juli, en augustus voor elk jaar van 1979 tot 2017. Vervolgens voerden ze elk jaarlijks zomergemiddelde van temperatuur en vochtigheid in een algoritme, ontwikkeld aan het MIT, dat schat de hoeveelheid energie die beschikbaar zou zijn in de atmosfeer, gegeven de bijbehorende temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden.

"We kunnen zien hoe deze energie door de jaren heen op en neer gaat, en we kunnen ook scheiden hoeveel energie beschikbaar is voor convectie, die zich zou manifesteren als onweersbuien bijvoorbeeld, versus grootschaligere circulaties zoals extratropische cyclonen, ' zegt O'Gorman.

Ik zie nu veranderingen

Sinds 1979, ze ontdekten dat de beschikbare energie voor grootschalige extratropische cyclonen met 6 procent is afgenomen, overwegende dat de energie die zou kunnen brandstof kleiner, meer lokale onweersbuien zijn met 13 procent gestegen.

Hun resultaten weerspiegelen recent bewijs op het noordelijk halfrond, wat suggereert dat zomerwinden geassocieerd met extratropische cyclonen zijn afgenomen met het broeikaseffect. Waarnemingen uit Europa en Azië hebben ook een versterking van convectieve regenval laten zien, zoals bij onweer.

"Onderzoekers vinden deze trends in wind en regenval die waarschijnlijk verband houden met klimaatverandering, ", zegt Gertler. "Maar dit is de eerste keer dat iemand de gemiddelde verandering in de atmosfeer robuust heeft verbonden, aan deze subdagelijkse tijdschaalgebeurtenissen. Dus presenteren we een uniform raamwerk dat klimaatverandering verbindt met dit veranderende weer dat we zien."

De resultaten van de onderzoekers schatten de gemiddelde impact van de opwarming van de aarde op de zomerenergie van de atmosfeer boven het noordelijk halfrond. Vooruit gaan, ze hopen dit verder op te kunnen lossen, om te zien hoe klimaatverandering het weer in meer specifieke regio's van de wereld kan beïnvloeden.

"We willen uitzoeken wat er gebeurt met de beschikbare energie in de atmosfeer, en zet de trends op een kaart om te zien of dat zo is, zeggen, opgaan in Noord-Amerika, versus Azië en oceanische gebieden, "zegt O'Gorman. "Dat is iets dat meer bestudeerd moet worden."