Новое моделирование на суперкомпьютере, проведенное учеными-климатологами из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab), показало, что изменение климата увеличило количество осадков во время недавних ураганов, таких как «Катрина», «Ирма» и «Мария», на 5-10 процентов.. Они также обнаружили, что если эти ураганы произойдут в будущем мире, который теплее, чем сейчас, у этих штормов будет еще больше осадков и более сильные ветры.
Исследование «Антропогенное влияние на крупные тропические циклоны» будет опубликовано 15 ноября в журнале Nature. Чтобы прийти к своим выводам, исследователи лаборатории Беркли Кристина Патрикола и Майкл Венер смоделировали 15 исторических тропических циклонов или ураганов, как их называют в Атлантике, и смоделировали их в различных прошлых и прогнозируемых будущих климатических сценариях. Цель исследования состояла в том, чтобы изучить, как потепление, вызванное деятельностью человека, могло повлиять на эти штормы и могло повлиять на подобные штормы в будущем.
«Мы уже начинаем видеть антропогенные факторы, влияющие на количество осадков, вызванных тропическими циклонами», - сказал Патрикола, ученый из отдела наук о Земле и окружающей среде лаборатории Беркли и ведущий автор исследования. «И наши симуляции убедительно показывают, что со временем мы можем ожидать еще большего увеличения количества осадков».
Патрикола выбрал 15 тропических циклонов, которые произошли за последнее десятилетие по всему миру, включая Атлантический, Тихий и Индийский океаны, и выполнил моделирование климата с высоким разрешением этих штормов в различных сценариях, с различными факторами, такими как воздух температура океана, влажность и концентрация парниковых газов.«Трудно понять, как изменение климата может влиять на тропические циклоны, используя только наблюдения, потому что записи до спутниковой эры неполны, а естественная изменчивость тропических циклонов велика», - сказала она.
Она разделила исследование на две части: одна для анализа последствий изменения климата на данный момент, а вторая для прогнозирования будущего, чтобы понять, как различные уровни глобального потепления могут изменить интенсивность тропических циклонов и количество осадков.
Она обнаружила, что потепление климата уже сделало количество осадков более интенсивным, на 5-10 процентов, но до сих пор не оказало заметного влияния на скорость ветра во время ураганов, рассматриваемых в этом исследовании. Однако, если климат продолжит нагреваться, максимальная скорость ветра может увеличиться на целых 25 узлов или около 29 миль в час.
Метод атрибуции "Hindcast"
Исследователи использовали то, что Венер, эксперт по экстремальным погодным явлениям из отдела вычислительных исследований лаборатории Беркли, называет методом ретроспективной атрибуции, который он описывает так же, как прогноз, за исключением того, что событие уже произошло, «поэтому вы потенциально можете больше информации для использования."
Венер и Патрикола использовали тот же метод в прошлом году при анализе сильного шторма в Колорадо в 2013 году, вызвавшего рекордное наводнение. «Конечно, вы можете лучше использовать свое экспертное суждение постфактум», - сказал он. «Итак, вы моделируете событие в мире, которое было, а затем моделируете контрфактический шторм в мире, который мог бы быть, если бы люди не изменили климатическую систему».
Например, моделируя ураган Катрина в доиндустриальном климате и снова в нынешних условиях и учитывая разницу между результатами, исследователи могут определить, что можно отнести к антропогенному потеплению. Однако дизайн исследования не позволял исследователям рассмотреть вопрос о том, станут ли ураганы учащаться, или же они будут двигаться по-другому, как, например, ураган Харви, застопорившийся на несколько дней над Хьюстоном..
Венер также предупреждает, что использовалась только одна климатическая модель (модель исследования и прогнозирования погоды, разработанная Национальным центром атмосферных исследований), и что уверенность возрастет, когда результаты будут воспроизведены в других моделях.
Больше дождя, сильнее ветер
В дополнение к доиндустриальному сценарию Патрикола и Венер также смоделировали тропические циклоны, возникающие в трех будущих климатических сценариях, известных как RCP4.5, RCP6.0 и RCP8.5, каждый из которых представляет собой повышение уровня парниковых газов. выбросы газа и глобальное потепление. С начала 20 века средние глобальные приземные температуры повысились примерно на 1 градус Цельсия; в соответствии с РТК8.5, наиболее экстремальным сценарием, ожидается повышение температуры еще на 3-4 градуса.
Они обнаружили, что количество осадков может увеличиться на 15-35 процентов в будущих сценариях. Скорость ветра увеличилась на целых 25 узлов, хотя скорость большинства ураганов увеличилась на 10-15 узлов. «Тот факт, что почти все 15 тропических циклонов отреагировали одинаково, дает уверенность в результатах», - сказал Патрикола.
Другое интересное открытие заключалось в том, что структура штормов может измениться там, где осадки более интенсивны в центре урагана, но менее интенсивны на внешних краях.«В более теплом мире внутренняя часть шторма крадет влагу из внешней части шторма», - сказал Венер.
Современное современное моделирование долгосрочного климата приближается к разрешению в 25 километров и меньше, что может широко представлять тропические циклоны. Однако важные характеристики более мелкого масштаба, такие как облачные скопления, могут быть только аппроксимированы в этом масштабе, что не имеет значения для проекций климата. Это побудило команду лаборатории Беркли запустить моделирование с разрешением 4,5 км, что позволило получить некоторое представление об облачных кластерах. Они обнаружили, что более тонкий пространственный масштаб не изменил качественных аспектов их выводов.
«Мы обнаружили, что влияние изменения климата на ветер и осадки, вызванные ураганом Катрина, нечувствительны к разрешению модели в диапазоне от 3 до 25 км», - сказал Патрикола. «Это хорошая новость, потому что она предполагает, что мы можем больше доверять прогнозам глобальных климатических моделей с разрешением не менее 25 км, которые становятся все более распространенными."
С 15 ураганами, смоделированными в пяти климатических сценариях, каждый из которых повторяется 10 раз, в исследовании использовались миллионы вычислительных часов на суперкомпьютере Cori в Национальном научно-вычислительном центре энергетических исследований лаборатории Беркли. «NERSC сыграл решающую роль в проведении этого исследования», - сказал Патрикола. «В некоторых исследованиях изучалось, как отдельные штормы могли измениться из-за изменения климата. Одна из важных особенностей этого исследования заключается в том, что мы смогли использовать одну и ту же климатическую модель и методологию для 15 штормов, что позволяет нам оценить, насколько устойчивы результаты есть, и никогда раньше не делалось."
Патрикола подчеркивает важность использования как наблюдений, так и климатических моделей для понимания климатической системы. Несколько исследований, в том числе одно из лаборатории Беркли, опубликованное в прошлом году в Geophysical Research Letters, показали, что изменение климата увеличило количество осадков от урагана Харви, основываясь на статистическом анализе наблюдений.«Когда оба подхода совпадают, мы можем быть более уверены в результатах», - сказала она. «Ученые приходят к единому мнению, что глобальное потепление приведет к увеличению количества осадков от тропических циклонов. Одна из остающихся неопределенностей заключается в том, сколько».