Nieuwe modellen laten zien dat hittegolven in heel Europa de afgelopen eeuw zowel in frequentie als in ruimtelijke omvang zijn toegenomen.

Met behulp van een 100-jarige observatiedataset en de nieuwste technieken voor het modelleren van klimaatextremen is de veranderende dynamiek van hittegolven in heel Europa onder invloed van klimaatverandering aan het licht gekomen.

Hittegolven kunnen catastrofale gevolgen hebben voor mensen, nederzettingen en het milieu. Ze kunnen ziekte of overlijden veroorzaken, vooral voor kwetsbaren of ouderen, en veroorzaken bosbranden die eigendommen en grote stukken wildernis vernietigen.

Inzicht in het gedrag van dergelijke extreme temperatuurgebeurtenissen in ruimte en tijd is belangrijk voor het plannen en beheren van het huidige en toekomstige risico. Echter, de meeste modellen om toekomstige hittegolven te voorspellen, zijn gebaseerd op simulatie-outputs van klimaatmodellen, geen directe waarnemingen, en maakt gebruik van inflexibele modellen die de afhankelijkheidsrelatie tussen ruimtelijk geassocieerde locaties onder extreme omstandigheden mogelijk niet nauwkeurig vastleggen.

Raphaël Huser en Peng Zhong van KAUST's Extreme Statistics Research Group, in samenwerking met Thomas Opitz van het Franse National Research Institute for Agriculture, Voedsel en Milieu, hebben nu een modelleringsaanpak ontwikkeld die gebruikmaakt van waarnemingsgegevens om de dynamiek van extreme hitte-gebeurtenissen nauwkeuriger te achterhalen.

"Onze groep is geïnteresseerd in het bouwen van wiskundig verantwoorde modellen om het risico van klimaatverandering te beoordelen, ", zegt Zhong. "In deze studie, we hebben specifiek gekeken naar de impact van klimaatverandering op hittegolven in Europa en hebben een model ontwikkeld om de ruimtelijke omvang van hittegolven te beoordelen door hun in de tijd variërende afhankelijkheidssterkte flexibel te modelleren en te schatten."

Het probleem met bestaande statistische modellen is dat ze goed zijn in het vastleggen van veelvoorkomende of veelvoorkomende omstandigheden, maar ze hebben niet de statistische flexibiliteit om zeldzame extreme gebeurtenissen zoals hittegolven of extreme regenval nauwkeurig vast te leggen. De KAUST-groep heeft een reeks statistische technieken ontwikkeld die dit probleem van extreme waarden direct aanpakken.

"Ons 'max-oneindig deelbaar'-model is flexibel genoeg om de afhankelijkheidsstructuur tussen hoge temperatuurwaarden te beschrijven, " zegt Zhong. "We gebruiken het om het effectieve bereik van extreme afhankelijkheid af te leiden, dat is wanneer de afstand waarop de kans dat extreme gebeurtenissen samen op twee locaties plaatsvinden verwaarloosbaar wordt."

Voor het uitvoeren van hun model voor grote ruimtelijke datasets moest het team ook hun code implementeren op het IBEX-supercomputingplatform van KAUST. Met behulp van een enorme 100-jarige temperatuurgegevensset die een groot deel van Midden-Europa omvat, het model onthulde nieuwe inzichten in hoe hittegolven de afgelopen eeuw zijn veranderd.

"Onze resultaten leveren statistisch bewijs dat de ruimtelijke omvang van hittegolven in Europa toeneemt en dat de frequentie van hittegolven de afgelopen honderd jaar ook is toegenomen, ", zegt Zhong. "We zijn nu aan het kijken naar het toepassen van onze methodologie om het overstromingsrisico in grote rivierbekkens over de hele wereld te beoordelen."