篇文章来自丽齐Kendon博士经理理解区域气候变化小组气象局哈德利中心英国埃克塞特。
最令人印象深刻的和破坏类型的天气我们在英国“对流”风暴,它可以带来暴雨,常常伴随着大冰雹、雷电。
这些powerful-but-localised风暴是出了名的难以模拟的气候模型,这使得它棘手的科学家作出的预测对流降水如何改变随着世界变暖的步伐。但这是一个重要的问题,因为对流降水会引起洪水,我们看到在英国东南部地区去年夏天。
所以,科学家在这个问题进展是什么?
对流是什么?
“对流”一词是指大气中不断上升的气流。在地球表面的热空气上升,它冷却和它所包含的水分凝结形成云。
对流通常会创建白,毛茸茸的积云云,如果条件存在于大气中,这些可能发展成高耸的积雨云云可以达到10000米甚至更高。
在炎热的天气,空气迅速变暖,使对流。这就是为什么你经常被沉重的下午倾盆大雨在闷热的夏天。在英国,对流风暴在夏季是最常见的,而他们的常态热,潮湿的热带国家的条件。
寒冷的几个月在英国通常由额降雨——当温暖,在寒冷的空气密度较低空气推高了,导致云形成的“前面”。
当我们得到对流雨,它往往更强烈和较短天期比锋面雨。它也带来了雷声和闪电,这就是为什么对流风暴的来源我们的一些最引人注目的天气。
中央法兰克福在日落遇到暴风雨。信贷:乔室/上面。
对流如何改变在英国吗
科学家预计,观察支持这个理论随着全球气温升高,大气中能够保持更多的水分。
根据一项被称为关系克劳修斯——克拉珀龙方程方程,对于每一个程度的温度上升,大气中可以容纳一个额外的7%的水分。这意味着当风暴来袭,有一个额外的7%的水蒸气会下雨。给了我们一个方程估算的方法可能增加率强降雨与未来的气候变暖。
研究已经证实在全球范围内,每日极端降水遵循这种关系每增加7%程度的温度上升。为一个特定的区域,然而,气候模式的变化和水分可用性意味着增加可以高于或低于这个。
有从观察一些证据每小时的降雨量可能会增加与温度上升更快。这些短期事件往往对流风暴的结果。它认为更快的增加可能是由于额外的热量——时释放水蒸气冷凝形成云,振兴风暴,从而生产更多的雨。
为什么很难让预测
科学家利用气候模型预测在未来的降雨可能会改变。模拟气候更易于管理的任务,模型划分地球表面和上覆气氛变成一个巨大的网格。然后他们计算气候变量,如温度、湿度、降雨量平均为每个网格单元。
由于计算能力的限制,网状细胞必须很大,通常几十公里。否则,即使有一个强大的超级计算机,永远不会完成仿真模型。这些粗分辨率模型的后果之一是,网格细胞太大模拟小规模对流等过程。
为了解决这个问题,我们使用所谓的参数化。这简化了实际过程分为模型能够计算公式。
而参数化了一个近似的过程以及它如何变化,它忽略了小的细节,它是如何工作的。例如,我们知道误会一些事情——尤其是对流模式每天的时间风暴。他们也无法获取更高的增长率每小时降雨量极端。
因此,我们没有信心在未来的预测对流降水极端由粗分辨率气候模型。
科罗拉多山脉夏季风暴。信贷:welcomia /上面
我们如何克服这些问题
克服大网格细胞的问题,科学家们一直在发展高分辨率气候模型。这些网格细胞几公里宽,而不是数十公里,但代价是,他们盖一个较小的区域。
我们称这些模型“convective-permitting”,因为他们可以模拟较大的对流风暴不需要参数化方案,虽然小阵雨还没有代表。Convection-permitting模型通常用于天气预报。
到目前为止,很少有这样的高分辨率气候变化研究因为运行模型需要很长时间,甚至在一台超级计算机。
去年,我和我的同事完成了第一次对英国气候变化模拟convection-permitting模型。这是一个项目的一部分凸,其中包括许多机构在英国,包括英国气象局和阅读,纽卡斯尔和埃克塞特大学。
模拟了我们第一次看看对流可能会改变在英国,他们建议夏天的暴雨将来可能会更重。
特别是,我们的模型显示,每小时30毫米的降雨量可能——这是我们使用的阈值来表示洪水,可能会在2100年超过了5倍。这些发现很重要,因为它们可能会影响未来的洪水风险管理如何在英国。
这些结果只是基于一个气候模型,所以我们需要与其他模型进行比较,给我们更多关于我们的发现的确定性。然而,更密集的夏季降雨符合我们预期在一个温暖,潮湿的环境。
气象局,我们正在努力扩展convection-permitting模拟更多的模式运行,并从其他研究中心将类似的结果。这一切将使我们能够作出预测未来的夏季暴雨以更大的信心,准备下一轮的使用英国气候预测。