Изменение климата увеличит размер остановленных погодных систем высокого давления, называемых «блокирующими событиями», которые уже вызвали одни из самых смертоносных тепловых волн 21-го века, согласно исследованию Университета Райса.
Атмосферные блокировки - это системы с высоким давлением в средних широтах, которые остаются на месте в течение нескольких дней или даже недель. В зависимости от того, когда и где они развиваются, блокирующие явления могут вызывать засухи или ливни, периоды сильной жары или холода. Блокировки вызвали смертельную жару во Франции в 2003 г. и в России в 2010 г.
Используя данные двух наборов всесторонних имитационных моделей климата, гидродинамики Райса Эбрагим Набизаде и Педрам Хасанзаде и их коллеги обнаружили, что площадь блокирующих событий в северном полушарии увеличится на целых 17% из-за антропогенного климата. сдача. Исследование, которое доступно в Интернете на сайте Geophysical Research Letters, было подготовлено Да Янгом из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Дэвисе, а также Элизабет Барнс из Университета штата Колорадо.
Хасанзаде, доцент кафедры машиностроения и наук о Земле, окружающей среде и планетах, использует вычислительные, математические и статистические модели для изучения атмосферных потоков, связанных с широким кругом проблем, от экстремальных погодных явлений до энергии ветра. Он сказал, что исследователи все больше интересуются тем, как изменение климата может повлиять на блокирующие события, но большинство исследований сосредоточено на том, станут ли блокирующие события более частыми по мере того, как атмосфера нагревается из-за выбросов парниковых газов.
«Исследования в прошлом изучали, получаете ли вы более или менее блокирующие события с изменением климата», - сказал он. «Вопрос, который никто не задавал, заключается в том, изменится ли размер этих событий или нет. И размер очень важен, потому что блокирующие события более эффективны, когда они больше. Например, если система высокого давления становится больше, вы будут более сильные волны тепла, которые повлияют на большее количество людей, и вы, вероятно, получите более сильные волны тепла."
Набизаде, аспирант машиностроительного факультета Инженерной школы Брауна Райс, задался целью ответить на этот вопрос два года назад. Используя иерархический подход к моделированию, он начал с экспериментов с моделью атмосферной турбулентности, которая намного проще, чем реальная атмосфера.
Простая модель, отражающая фундаментальную динамику блокирующих событий, позволила Набизаде провести много исследований. Внося небольшие изменения в тот или иной параметр, он запускал тысячи симуляций. Затем данные были проанализированы с использованием мощного метода многомерного анализа, называемого теоремой Бэкингема-Пи, который часто используется при проектировании больших и сложных инженерных систем, включающих потоки жидкости.
Цель заключалась в том, чтобы найти закон масштабирования, математическую формулу, описывающую размер блокирующего события с использованием переменных, которые ученые-климатологи уже изучают и понимают. Набизаде начал с законов масштабирования, которые были разработаны для прогнозирования размера ежедневных погодных условий, но он обнаружил, что ни одна из переменных не является предсказательной для событий блокировки.
Его настойчивость в конце концов окупилась простой формулой, которая связывает площадь блокирующих событий с шириной, широтой и силой струйного течения, все из которых хорошо изучены и измерены.
"Я недавно говорил об этом, и один из людей подошел после и сказал: "Это волшебно, что эти силы складываются, и внезапно вы получаете правильный ответ". Но Эбрагиму потребовалось немало усилий, чтобы получить этот элегантно простой результат», - сказал он.
В какой-то момент Набизаде проанализировал данные многих симуляций и провел сравнение, которое включало страницу за страницей цифр, и Хасанзаде сказал, что открытие закона масштабирования было поддержано маловероятным агентством: Департаментом транспортных средств Техаса. (DMV).
«Эбрагим отправился в DMV в один из выходных, а я пошел в DMV через неделю, а в DMV ты должен сидеть и тебе нечего делать», - сказал он. «Итак, глядя на эти цифры в течение нескольких часов, мы поняли, что это правильное масштабирование».
Они также сравнили результаты простой модели с результатами все более сложных моделей погоды и климата Земли. Набизаде сказал, что закон масштабирования предсказал изменения в размерах будущих зимних блокировок в комплексном моделировании климата с поразительной точностью.
«Он работает лучше для зимних соревнований, чем для летних, по причинам, которые мы пока не понимаем», - сказал Набизаде.«Наши результаты показывают, что будущие исследования должны быть сосредоточены на лучшем понимании летних блоков, а также на том, как более крупные блоки могут влиять на размер, масштабы и постоянство экстремальных погодных явлений, таких как волны тепла».
Исследование проводилось при поддержке НАСА (80NSSC17K0266), Национальной исследовательской программы Персидского залива, Министерства энергетики (DE-AC02-05CH11231) и Национального научного фонда (NSF) (AGS-1545675). Вычислительные ресурсы были предоставлены поддерживаемым NSF проектом XSEDE (ATM170020) и Центром вычислительных исследований Райс в партнерстве с Институтом информационных технологий Кена Кеннеди Райса.