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极端天气
2015年11月10十三12

客座文章:为什么气候变化可能意味着英国夏季更大的降雨

Lizzie Kendon博士

Lizzie Kendon博士

10.11.2015 |下午1:12
极端天气 客座文章:为什么气候变化可能意味着英国夏季更大的降雨

一位客人邮政Lizzie Kendon博士,了解区域气候变化集团的经理达德利中心在英国埃克塞特。

在我们进入英国的最令人印象深刻和破坏性的天气中,我们的风暴是“对流”风暴,可以带来暴雨,往往伴随着大型海盗和雷声和闪电。

众所周知,这些强大但局限于局部的风暴很难用气候模型模拟,这使得科学家很难预测随着全球变暖对流降雨将如何变化。但这是一个需要回答的重要问题,因为对流降雨会导致暴洪,就像我们在英国东南部看到的那样去年夏天

那么,科学家对这个问题的进步是什么?

对流是什么?

“对流”一词是指大气中的空气电流上升。随着地球表面的暖空气升起,它很酷,水分含有凝结形成云的含水。

对流通常会产生白色和蓬松积云云,如果在大气中存在正确的条件,这些可能会发展到高耸Cumulonimbus.覆盖10,000米甚至更高的云。

在炎热的日子里,空气迅速温暖,驱动对流。这就是为什么你经常在苏尔格夏季那天得到一个沉重的下午倒下雨水。在英国,对流风暴在夏季最常见,而他们在热带国家的热点,潮湿条件下是常态。

英国的几个月通常由额落降雨量主导 - 当温暖时,在温暖的时,在冷空气中升高,较少的空气被推动,导致云在“前面”中形成。

当我们获得对流雨时,它往往比前雨更强烈且更短。它也可以带来闪电和雷声,这就是为什么对流风暴是我们最戏剧性的天气中的一些来源。

在风暴期间的中央法兰克福在日落。信用:Jo Chambers / Shutterstock。

在风暴期间的中央法兰克福在日落。信用:Jo Chambers / Shutterstock。

对流如何在英国变化

科学家期待,和观察支持理论随着全球气温上升,大气将能够容纳更多的水分。

根据称为的关系Clausius-Clapeyron方程式,对于每种程度的温度升高,大气层可容纳额外的7%的水分。这意味着当风暴点击时,有一个额外的7%的水蒸气可以变得雨。该等方程向我们提供了一种估计的方法未来的变暖可能会增加暴雨的速度

研究证实了在全球范围内,气温每升高一度,日极端降水量就会增加7%。然而,对于一个特定的地区,天气模式和湿度可利用性的变化意味着增加可能高于或低于这一数值。

来自观察的一些证据每小时降雨可能实际上可能会增加更快的温度升高。这种短期事件通常是对流风暴的结果。它认为,当水蒸气凝结形成云时,较快的增加可能是额外的热量释放的结果 - 激发风暴,从而产生更多的雨水。

为什么很难做出预测

科学家们使用气候模型来制定降雨量如何在未来变化的预测。为了使气候模拟一个更可管理的任务,模型将地球表面和过度大气分成巨大的网格。然后,它们计算气候变量,例如温度,湿度和降雨,作为每个网格细胞的平均值。

由于计算能力的限制,网格单元必须非常大——通常有几十公里宽。否则,即使有一台强大的超级计算机,模型也无法完成模拟。这些粗糙分辨率模型的后果之一是,网格单元太大,无法模拟小规模的过程,如对流。

为了解决这个问题,我们使用所谓的参数化。这简化了真实世界的进程到模型能够计算的公式中。

虽然参数化捕获了一个过程的近似值以及它是如何变化的,但它忽略了它如何工作的小细节。例如,我们知道对流方案在某些方面是错误的日常风暴的时间。他们也无法捕捉到极端每小时降雨的高增长率。

因此,我们对通过粗糙分辨率气候模型进行的对流降雨极端的未来预测的信心几乎没有信心。

科罗拉多州前范围夏季风暴

科罗拉多州前范围夏天风暴。信用:欢迎/ Shutterstock

我们如何克服这些问题

为了克服大网格细胞的问题,科学家们一直在发展非常高分辨率的气候模型。这些具有几公里的网格单元,而不是数十公里,但权衡是它们覆盖较小的区域。

我们称这些模式为“允许对流”,因为它们可以在不需要参数化方案的情况下模拟更大的对流风暴,尽管还没有出现小型阵雨。允许对流的模式通常用于天气预报。

到目前为止,在这种高分辨率上有很少的气候变化研究,因为运行模型需要很长时间,即使是超级计算机。

去年,我的同事和我已经完成了英国的第一次气候变化模拟,与对流允许的模型。这是一个项目的一部分该项目涉及英国的许多机构,包括英国气象局、雷丁大学、纽卡斯尔大学和埃克塞特大学。

我们的模拟让我们首次看看英国可能会如何改变对流,他们建议夏天的下雨可能会在将来越来越重

特别是,我们的模型显示,到2100年,每小时30毫米的降雨量——这是我们用来表示可能发生山洪的阈值——可能会超过5倍。这些发现很重要,因为它们可能会对英国未来如何管理洪水风险产生影响。

这些结果仅基于一个气候模型,因此我们需要将它们与其他模型进行比较,以使我们更确定我们的研究结果。然而,更强化的夏季降雨事件与我们在温暖,更潮湿的环境中的预期符合。

在遇见办​​公室,我们目前正致力于将对流允许的对流仿真扩展到更多的模型运行,并将类似的研究中心纳入类似的结果。所有这一切都将使我们能够以更大的信心向未来夏季挖掘的预测 - 准备在下一轮中使用英国的气候预测

主图:乌云聚集。信贷:Zooey / Flickr.
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