氣候變化如何放大天氣阻塞事件

氣候變化將擴大天氣阻塞事件流體動力學家已經發現了比例定律,這是一個將阻塞事件的大小與射流的寬度,緯度和強度相關聯的數學公式,所有這些都得到了充分的研究和測量。 (來源:P。Hassanzadeh / Rice)

“阻塞事件”產生了21st世紀最致命的熱浪。 研究發現,由於氣候變化,這些停滯的高壓天氣系統將增加。

大氣阻塞事件是中緯度高壓系統,該系統持續存在數天甚至數週。 根據事件發生的時間和地點,阻塞事件可能導致乾旱或傾盆大雨, 熱浪 或冷酷的咒語。 阻塞事件在2003的法國和2010的俄羅斯引起了致命的熱浪。

研究人員使用來自兩組全面氣候模型模擬的數據,發現北半球的阻塞事件面積將增加17%,這是由於 人為氣候變化.

阻止事件會變大嗎?

賴斯大學機械工程以及地球,環境和行星科學的助理教授Pedram Hassanzadeh使用計算,數學和統計模型來研究與從極端天氣事件到風能的各種問題相關的大氣流動。

他說,研究人員對研究氣候變化如何影響阻塞事件越來越感興趣,但是大多數研究都集中在隨著溫室氣體排放而使大氣變暖時阻塞事件是否會變得更加頻繁。

他說:“過去的研究著眼於您是否會或多或少地阻止氣候變化事件。” “沒有人問的問題是這些事件的規模是否會改變。

“而且大小非常重要,因為阻塞事件越大,影響越大。 例如,如果高壓系統變大,那麼您將得到更大的熱波,波及到更多的人,並且您可能會變得更強。

“非常簡單的結果”

萊斯大學布朗工程學院的機械工程研究生Ebrahim Nabizadeh兩年前開始回答這個問題。 他使用分層建模方法,從對大氣湍流模型的實驗開始,該模型比實際大氣要簡單得多。

這個簡單的模型捕獲了阻塞事件的基本動態,因此Nabizadeh可以進行大量的探索。 他對一個或另一個參數進行了細微更改,進行了數千次仿真。 然後他使用了一種強大的尺寸分析技術,稱為白金漢-皮定理,該技術通常用於設計涉及流體流動的大型複雜工程系統來分析數據。

目的是找到標度定律,這是一個使用氣候科學家已經研究和理解的變量來描述阻塞事件大小的數學公式。 Nabizadeh首先從制定定標定律開始,該定律已被用來預測日常天氣模式的大小,但他發現這些變量都不能預測阻塞事件。

他的堅持不懈最終以一個簡單的公式獲得了回報,該公式將阻塞事件的範圍與目標的寬度,緯度和強度相關 急流,所有這些都經過仔細研究和衡量。

“我最近對此事發表了講話,其中一個人走了出來,然後說:'這很神奇,這些力量加在一起,突然之間您得到正確的答案。' 但是,易卜拉欣(Ebrahim)花費了很多工作才能獲得如此簡潔的結果,”他說。

盯著數字

有一次,納維薩迪分析了許多模擬的數據,並進行了逐頁比較,哈桑扎德說,比例法的發現受到了一個不太可能的來源的鼓舞:駕駛執照室的電話。

Hassanzadeh和Nabizadeh相隔大約一周獲得了許可證,他們在等待期間有足夠的時間來研究結果。 哈桑扎德說:“您必須坐下來,而且無事可做。” “因此,盯著這些數字看了幾個小時,我們意識到這是正確的縮放比例。”

他們還將簡單模型的結果與日益複雜的地球天氣和氣候模型的輸出進行了比較。 Nabizadeh說,比例定律在全面的氣候模型模擬中以極高的準確性預測了未來冬季阻塞事件的大小變化。

Nabizadeh說:“由於我們尚不了解的原因,冬季活動比夏季活動表現更好。” “我們的結果表明,未來的研究應該集中在更好地理解夏季塊,以及更大的阻塞事件可能如何影響極端天氣事件(如熱浪)的大小,強度和持續時間。”

其他合著者來自勞倫斯·伯克利國家實驗室以及加州大學戴維斯分校和科羅拉多州立大學。

美國國家航空航天局,美國國家科學院海灣研究計劃,能源部和美國國家科學基金會為這項研究提供了支持。 由NSF支持的XSEDE項目和賴斯研究計算中心與賴斯的肯尼迪信息技術研究所合作提供了計算資源。

原始研究

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