气候变化如何放大天气阻塞事件

气候变化将扩大天气阻塞事件流体动力学家已经发现了比例定律,这是一个将阻塞事件的大小与射流的宽度,纬度和强度相关联的数学公式,所有这些都得到了充分的研究和测量。 (来源:P。Hassanzadeh / Rice)

“阻塞事件”产生了21st世纪最致命的热浪。 研究发现,由于气候变化,这些停滞的高压天气系统将增加。

大气阻塞事件是中纬度高压系统,该系统持续存在数天甚至数周。 根据事件发生的时间和地点,阻塞事件可能导致干旱或倾盆大雨, 热浪 或寒流。 阻塞事件在2003的法国和2010的俄罗斯引起了致命的热浪。

研究人员使用来自两组全面气候模型模拟的数据,发现北半球的阻塞事件面积将增加17%,这是由于 人为气候变化.

阻止事件会变大吗?

赖斯大学机械工程以及地球,环境和行星科学的助理教授Pedram Hassanzadeh使用计算,数学和统计模型来研究与从极端天气事件到风能的各种问题相关的大气流动。

他说,研究人员对研究气候变化如何影响阻塞事件越来越感兴趣,但是大多数研究都集中在随着温室气体排放而使大气变暖时阻塞事件是否会变得更加频繁。

他说:“过去的研究着眼于您是否会或多或少地阻止气候变化事件。” “没有人问的问题是这些事件的规模是否会改变。

“而且大小非常重要,因为阻塞事件越大,影响越大。 例如,如果高压系统变大,那么您将得到更大的热波,波及到更多的人,并且您可能会变得更强。

“非常简单的结果”

莱斯大学布朗工程学院的机械工程研究生Ebrahim Nabizadeh两年前开始回答这个问题。 他使用分层建模方法,从对大气湍流模型的实验开始,该模型比实际大气要简单得多。

这个简单的模型捕获了阻塞事件的基本动态,因此Nabizadeh可以进行大量的探索。 他对一个或另一个参数进行了细微更改,进行了数千次仿真。 然后,他使用了一种强大的尺寸分析技术,称为白金汉-皮定理,该技术通常用于设计涉及流体流动的大型复杂工程系统,以分析数据。

目的是找到标度定律,这是一个使用气候科学家已经研究和理解的变量来描述阻塞事件大小的数学公式。 Nabizadeh首先从制定定标法则开始,该定律已被用来预测日常天气模式的大小,但他发现这些变量都不能预测阻塞事件。

他的坚持不懈最终以一个简单的公式得到了回报,该公式将阻塞事件的面积与目标的宽度,纬度和强度相关联。 急流,所有这些都经过仔细研究和衡量。

“我最近对此事发表了讲话,其中一个人走了出来,然后说:'这很神奇,这些力量加在一起,突然之间您得到正确的答案。' 但是,易卜拉欣(Ebrahim)花费了很多工作才能获得如此简洁的结果,”他说。

盯着数字

有一次,纳维萨迪分析了许多模拟的数据,并进行了逐页比较,哈桑扎德说,比例法的发现受到了一个不太可能的来源的鼓舞:驾驶执照室的电话。

Hassanzadeh和Nabizadeh相隔大约一周获得了许可证,他们在等待期间有足够的时间来研究结果。 哈桑扎德说:“您必须坐下来,而且无事可做。” “因此,盯着这些数字看了几个小时之后,我们意识到这是正确的缩放比例。”

他们还将简单模型的结果与日益复杂的地球天气和气候模型的输出进行了比较。 Nabizadeh说,比例定律在全面的气候模型模拟中以极高的准确性预测了未来冬季阻塞事件的大小变化。

Nabizadeh说:“由于我们尚不了解的原因,冬季活动比夏季活动表现更好。” “我们的结果表明,未来的研究应该集中在更好地理解夏季块,以及更大的阻塞事件可能如何影响极端天气事件(如热浪)的大小,强度和持续时间。”

其他合著者来自劳伦斯·伯克利国家实验室以及加州大学戴维斯分校和科罗拉多州立大学。

美国国家航空航天局,美国国家科学院海湾研究计划,能源部和美国国家科学基金会为这项研究提供了支持。 由NSF支持的XSEDE项目和赖斯研究计算中心与赖斯的肯尼迪信息技术研究所合作提供了计算资源。

原始研究

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