Klimaatverandering zal de omvang van vastgelopen hogedrukweersystemen die "blokkerende gebeurtenissen" worden genoemd, vergroten en die al enkele van de dodelijkste hittegolven van de 21e eeuw hebben veroorzaakt, volgens een onderzoek van de Rice University.

Atmosferische blokkeringsgebeurtenissen bevinden zich op de middelste breedtegraad, hogedruksystemen die dagen of zelfs weken op hun plaats blijven. Afhankelijk van wanneer en waar ze zich ontwikkelen, het blokkeren van gebeurtenissen kan leiden tot droogte of stortbuien en hittegolven of koude periodes. Blokkades veroorzaakten dodelijke hittegolven in Frankrijk in 2003 en in Rusland in 2010.

Met behulp van gegevens van twee sets uitgebreide klimaatmodelsimulaties, Rijstvloeistofdynamica Ebrahim Nabizadeh en Pedram Hassanzadeh, en collega's ontdekten dat het gebied van blokkerende gebeurtenissen op het noordelijk halfrond met maar liefst 17% zal toenemen als gevolg van antropogene klimaatverandering. De studie, die online beschikbaar is vanaf Geofysische onderzoeksbrieven , was co-auteur van Da Yang van het Lawrence Berkeley National Laboratory en de University of California, Davis, en Elizabeth Barnes van de Colorado State University.

Hassanzadeh, een assistent-professor werktuigbouwkunde en van de aarde, milieu- en planetaire wetenschappen, maakt gebruik van computationele, wiskundige en statistische modellen om atmosferische stromingen te bestuderen die verband houden met een breed scala aan problemen, van extreme weersomstandigheden tot windenergie. Hij zei dat onderzoekers steeds meer geïnteresseerd zijn in het leren hoe klimaatverandering van invloed kan zijn op het blokkeren van gebeurtenissen, maar de meeste onderzoeken hebben zich gericht op de vraag of blokkeringsgebeurtenissen vaker zullen voorkomen naarmate de atmosfeer warmer wordt vanwege de uitstoot van broeikasgassen.

"Studies in het verleden hebben gekeken of je meer of minder blokkerende gebeurtenissen krijgt met klimaatverandering, " zei hij. "De vraag die niemand had gesteld is of de omvang van deze gebeurtenissen zal veranderen of niet. En de grootte is erg belangrijk omdat de blokkeringsgebeurtenissen meer impact hebben wanneer ze groter zijn. Bijvoorbeeld, als het hogedruksysteem groter wordt, je krijgt grotere hittegolven die meer mensen treffen, en je zult waarschijnlijk sterkere hittegolven krijgen."

Nabizade, een afgestudeerde student werktuigbouwkunde aan de Brown School of Engineering van Rice, twee jaar geleden begonnen met het beantwoorden van de vraag. Met behulp van een hiërarchische modelleringsbenadering, hij begon met experimenten op een model van atmosferische turbulentie dat veel eenvoudiger is dan de echte atmosfeer.

Het eenvoudige model, die de fundamentele dynamiek van het blokkeren van gebeurtenissen vastlegt, liet Nabizadeh veel onderzoek doen. Kleine wijzigingen aanbrengen in een of andere parameter, hij voerde duizenden simulaties uit. Vervolgens werden de gegevens geanalyseerd met behulp van een krachtige dimensionale analysetechniek, de stelling van Buckingham-Pi, die vaak wordt gebruikt bij het ontwerpen van grote en complexe technische systemen waarbij vloeistofstromen betrokken zijn.

Het doel was om een ​​schaalwet te vinden, een wiskundige formule die de grootte van een blokkerende gebeurtenis beschreef met behulp van variabelen die klimaatwetenschappers al bestuderen en begrijpen. Nabizadeh begon met schaalwetten die zijn ontwikkeld om de grootte van dagelijkse weerpatronen te voorspellen, maar hij ontdekte dat geen van de variabelen voorspellend was voor het blokkeren van gebeurtenissen.

Zijn volharding wierp uiteindelijk zijn vruchten af ​​met een eenvoudige formule die het gebied van blokkerende gebeurtenissen relateert aan de breedte, breedtegraad en sterkte van de jetstream, die allemaal goed bestudeerd en gemeten zijn.

"Ik heb hier onlangs een lezing over gehouden, en een van de mensen kwam daarna naar voren en zei:'Dit is magisch, dat deze krachten bij elkaar optellen en ineens krijg je het goede antwoord.' Maar het kostte Ebrahim veel werk om dit elegant eenvoudige resultaat te krijgen, " hij zei.

Op een gegeven moment, Nabizadeh had de gegevens van vele simulaties geanalyseerd en een vergelijking gemaakt met pagina na pagina met cijfers, en Hassanzadeh zei dat de ontdekking van de schaalwet werd aangemoedigd door een onwaarschijnlijk bureau:het Texas Department of Motor Vehicles (DMV).

"Ebrahim ging een weekend naar de DMV, en ik ging de week erna naar de RDW, en bij de RDW moet je zitten en heb je niks te doen, "zei hij. "Dus na uren naar deze cijfers te hebben gestaard, we realiseerden ons dat dit de juiste schaal is."

Ze vergeleken ook de resultaten van een eenvoudig model met de output van steeds complexere modellen van het weer en klimaat op aarde. Nabizadeh zei dat de schaalwet veranderingen in de omvang van toekomstige winterblokkeringsgebeurtenissen voorspelde in uitgebreide klimaatmodelsimulaties met opmerkelijke nauwkeurigheid.

"Het presteert beter voor winterevenementen dan zomerevenementen om redenen die we nog niet begrijpen, " zei Nabizadeh. "Onze resultaten suggereren dat toekomstige studies zich moeten concentreren op een beter begrip van zomerblokkades en ook op hoe grotere blokkeringsgebeurtenissen de grootte kunnen beïnvloeden, omvang en persistentie van extreme weersomstandigheden zoals hittegolven."