Onderzoekers bestuderen de manier waarop opwarmende watertemperaturen het gebied van de Grote Meren zullen beïnvloeden. Hun werk laat zien dat kleine verschillen in de oppervlaktetemperatuur van het meer een grote impact kunnen hebben op het zomerklimaat en kunnen zorgen voor extreem weer - cruciale informatie.

De Grote Meren hebben een diepgaande invloed op de identiteit, de economie en het klimaat van het land. Maar de langetermijninvloed van de Grote Meren op regionale weerpatronen, vooral onder een veranderend klimaat, is niet goed begrepen. Dat komt omdat de meeste klimaatmodellen niet realistisch rekening houden met hoe de temperatuur of beweging van zes biljard gallons meerwater in wisselwerking staat met de atmosfeer.

Een project genaamd Coastal Observations, Mechanisms, and Predictions Across Systems and Scales (COMPASS), gefinancierd door het Office of Biological and Environmental Research in het Office of Science van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), werkt aan het dichten van deze kenniskloof. In een nieuwe studie gebruikte een team van medewerkers, waaronder Jiali Wang van DOE's Argonne National Laboratory, regionale modelexperimenten met hoge resolutie om te onderzoeken hoe de oppervlaktetemperaturen van het meer het klimaat van het gebied van de Grote Meren kunnen beïnvloeden. Het team ontdekte dat een klein verschil in de oppervlaktetemperatuur van het meer - slechts 1,4 °C opwarming - een grote impact kan hebben op het zomerklimaat, waaronder:

• Verhoging van de luchttemperatuur nabij het oppervlak.
• Toenemende verdamping boven de meren.
• Het verminderen van grote onweersbuien stroomopwaarts van het gebied van de Grote Meren.
• Toenemende kleinere, frequentere onweersbuien stroomafwaarts van het gebied van de Grote Meren.

Deze opwarming komt overeen met de potentiële opwarming van de wateroppervlakte van het meer die tegen het midden van de eeuw zal optreden. Stijgende oppervlaktetemperaturen van het meer kunnen de regionale klimaatomstandigheden in het hele stroomgebied van de Grote Meren destabiliseren. Dit zou extreme weersomstandigheden kunnen verergeren, met grotere stormen en overstromingen tot gevolg in een gebied waar 30 miljoen mensen wonen. Met zoveel levens en zoveel infrastructuur in het potentiële pad van stormen, zijn nauwkeurige voorspellingen essentieel. Dat is waar Wang en haar team binnenkomen.

"Veel van het werk dat we bij Argonne doen, houdt in dat we het land weerbaarder maken tegen de gevolgen van klimaatverandering," zei Wang, "maar we kunnen pas over veerkracht praten als we de risico's echt begrijpen."

Wetenschappelijke snelheid en nauwkeurigheid zijn cruciaal voor klimaatbestendigheid

Klimaatwetenschappers hebben zeer nauwkeurige klimaatmodellen nodig waarmee ze prognoses kunnen maken voor de lange termijn - de komende 20 tot 30 jaar.

Om de ontwikkeling van wereldwijde klimaatmodellen te informeren over hun nauwkeurigere weergave van de Grote Meren, gebruikte Wang's nieuwe studie nauwkeurigere metingen van de oppervlaktewatertemperatuur van de meren om numerieke experimenten te ontwerpen. In plaats van het regionale klimaat vanuit een mondiaal perspectief te bekijken, gebruikt hun onderzoek lokale en regionale simulatie-output om "in te zoomen" op het gebied van de Grote Meren. In plaats van een resolutie te zien tot een gebied van een paar honderd mijl, kunnen de modellen zelfs nog dichterbij kijken - tot een gebied van ongeveer twee mijl.

Een andere doorbraak van het COMPASS-project komt van het tweerichtingsgekoppelde, atmosferische en 3D-hydrodynamische model met atmosfeer-meerfeedbacks. Dit is waarom dit een doorbraak is in klimaatmodellering:

• De tweerichtingskoppeling betekent dat het model rekening houdt met het realtime samenspel van hoe het meer de lucht beïnvloedt en hoe de lucht het meer beïnvloedt.
• Het 3D-model houdt rekening met de patronen van de stromingen in het meer en de horizontale en verticale menging van het meerwater, wat vooral belangrijk is voor diepe en grote meren.

Deze verbeteringen zijn essentieel voor een zeer nauwkeurig klimaatmodel, maar het gaat om een ​​extreem groot aantal datapunten dat moet worden verwerkt. Dit is waar een ander essentieel hulpmiddel om de hoek komt kijken:de supercomputer.

Betere tools, betere gegevens, betere resultaten

Wang schrijft het succes van haar team toe aan hun sterke samenwerking en hun gebruik van de Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) en het National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), die de thuisbasis zijn van enkele van 's werelds snelste en krachtigste supercomputers. "Deze simulaties zouden niet mogelijk zijn zonder supercomputers", zei Wang. "Het zou mensen jaren hebben gekost om de berekeningen op een laptop te voltooien. Met de supercomputerfaciliteiten bij Argonne en NERSC kunnen we onze wetenschap echter opschalen en grote, complexe datasets heel snel testen." De ALCF en NERSC zijn gebruikersfaciliteiten van het DOE Office of Science.

Dankzij deze computerfaciliteiten gebruikt het team nu verbeterde klimaatmodellen om te begrijpen hoe klimaatverandering de waterstanden in de Grote Meren zal beïnvloeden.

Wang benadrukte dat als het gaat om klimaatbestendigheid, snelheid van ontdekking de sleutel is. "We kunnen niet wachten. We hebben nu betrouwbare gegevens nodig om ons voor te bereiden op de uitdagingen van morgen."

Een paper op basis van de studie werd gepubliceerd in The Journal of Geophysical Research:Atmospheres , op 17 mei 2022. Naast Wang zijn andere auteurs Pengfei Xue, Argonne; Michigan Tech, Houghton; William Pringle, Argonne, en Zhao Yang en Yun Qian, PNNL, Richland, Washington. + Verder verkennen

Het niveau van de Grote Meren zal de komende drie decennia waarschijnlijk blijven stijgen