麻省理工学院的研究预测全球变暖导致的强降水频率

点击次数:1   更新时间:2018-05-15   【关闭

em麻省理工学院的研究人员透露,随着本世纪地球气候变暖,极端降水事件应该变得更加频繁。 / em

2014年12月11日,一场暴风雪的货运列车经过加利福尼亚州的大部分地区,在短短一个小时内就在三藩市湾区发生了三英寸的降雨。气象学家称之为“菠萝快车” - 这是一种在太平洋热带水域掀起的潮湿大气河流,并以急流向北吹来,风暴加剧。

到了晚上,创纪录的降雨已经引发了整个州的泥石流,洪水和停电事故。风暴被称为加利福尼亚州的“十年风暴”,是该州最近历史上最极端的降水事件。

现在,麻省理工学院的科学家发现,加利福尼亚州的这种极端降水事件应该会在本世纪地球气候变暖时变得更加频繁。研究人员开发了一种新技术,通过识别大气数据中的大型模式来预测局部极端降雨事件的频率。对于加利福尼亚州来说,他们计算出,如果到2100年全球平均气温上升4摄氏度,那么该州每年将经历比当前平均值多三次的极端降水事件。

研究人员在“气候杂志”杂志上发表了他们的研究成果,称他们的技术大大降低了标准气候模式对极端风暴预测的不确定性。

“其中一个难题是,粗糙的气候模型产生了广泛的结果。 [降雨量]可以增加或减少,“麻省理工学院全球变化科学与政策联合项目的高级研究科学家Adam Schlosser说。 “我们的方法告诉你的是,对加利福尼亚州来说,我们非常有信心,到本世纪末,[强降水]将增加。”

这项研究由全球变化科学与政策联合项目的研究科学家项高领导。该论文的合着者包括地球,大气和行星科学副教授Paul O'Gorman;联合计划首席研究科学家Erwan Monier;以及Bacardi斯德哥尔摩水利基金会土木与环境工程教授Dara Entekhabi。

大规模连接

目前,研究人员主要通过使用全球气候模式模拟的降水信息来估计局地强降水事件的频率。但是这样的模型通常会进行复杂的计算来模拟数百甚至数千公里的气候过程。在这样粗糙的分辨率下,这些模型很难充分代表湿度对流和地形等小尺度特征,这对准确预测降水是必不可少的。

为了更好地了解未来降水事件如何逐区域发生变化,Gao决定将重点放在模拟降水,而不是大尺度大气模式上,这些气候模式能够更加可靠地模拟。

“我们实际上发现,气候模式确实很好,这是模拟大尺度大气运动和局地强降水事件之间的联系,”Schlosser说。 “我们可以用这个协会来说明这些事件现在发生的频率,以及它们将如何在当地发生变化,如新英格兰或西海岸。”

天气快照

尽管对于极端降水事件的定义有所不同,但在这种情况下,研究人员将这样的事件定义为在一个特定季节的区域降水量的前5%内,这个事件将持续近三十年。他们将分析重点放在两个方面:加州和中西部地区,这些地区在冬季和夏季通常分别经历相对较高的降水量。

对于这两个地区,该团队分析了从1979年到2005年的大范围大气特征,如风流和水分含量,并指出了他们每天出现极端降水的模式。研究人员利用统计分析确定了与大风暴有关的大气数据中的指示模式。

“我们基本上拍摄了所有相关天气信息的快照,我们发现了一张共同的照片,用作我们的红旗,”Schlosser解释说。 “当我们从一套最先进的气候模型中检验历史模拟时,每当我们看到这种模式时,我们就会联系起来。”

使用新方案,该团队能够共同复制27年期间观察到的极端事件的频率。更重要的是,结果比基于相同气候模式模拟降水的结果更准确。

“没有哪个模型甚至接近观察结果,”Gao说。 “不管我们使用的大气变量的组合如何,新方案都更接近观测结果。”

“可执行的信息”

在他们的研究结果支持下,该团队将他们的技术应用于气候模式的大尺度大气模式,以预测下一世纪加利福尼亚州和中西部气候变暖的情况下,暴雨的频率如何变化。他们分析了两种气候情景下的每个区域:到2100年预计全球暖化4摄氏度的“一切照旧”情况,以及政策驱动的情况,其中调节温室气体的全球环境政策应该保持温度升高到2摄氏度。

对于每种情景,该小组标记了那些他们已经确定与暴风雨有关的大尺度大气模式。在中西部地区,尽管研究人员认为结果并非没有不确定性,但在两次升温情景下,夏季极端降水的年度实例略有下降。

对于加利福尼亚州来说,情况更加清晰:在全球变暖情景更加激烈的情况下,该州每年将经历三次更多的极端降水事件,大约在2014年12月的风暴。在政策驱动的情景下,Schlosser说:“这种趋势减少了一半。”

该团队正在应用其技术来预测全球变暖气候中热浪的变化。研究人员正在寻找与过去热浪相关的大气数据模式。如果他们能够更可靠地预测未来热浪的频率,Schlosser说这对电网和变压器的长期维护非常有用。

“这是可操作的信息,”Schlosser说。

这项研究部分得到了国家科学基金会,美国国家航空航天局和能源部的支持。

出版物:高翔等,“基于解析大气模式的美国区域降水频率的21世纪变化”,气候杂志,2016; DOI:10.1175 / JCLI-D-16-0544.1

资料来源:麻省理工学院新闻社Jennifer Chu