Die Hitzewelle in Nordamerika im Jahr 2021 war Washingtons tödlichste wetterbedingte Katastrophe und forderte über 100 Todesopfer im immergrünen Bundesstaat und viele weitere in benachbarten Regionen. Wissenschaftler vermuten nicht nur, dass solche Hitzewellen stärker werden und häufiger zuschlagen werden – bei neuen Arbeiten veröffentlicht In npj Klima- und Atmosphärenwissenschaftenthüllen sie den zugrunde liegenden Mechanismus hinter diesen verstärkten Hitzewellen.
„Die wissenschaftliche Gemeinschaft vermutet seit geraumer Zeit, dass sich Hitzewellen bei einem sich ändernden Klima verstärken werden“, sagte der Hauptautor Ziming Chen, ein Postdoktorand am Pacific Northwest National Laboratory des Energieministeriums.
„Aber wir haben nicht genau verstanden, was in der Erdatmosphäre passiert, das diese Hitzewellen verstärkt, und auch nicht, warum sie häufiger auftreten. Jetzt können wir sehen, welche spezifischen Veränderungen in den atmosphärischen Zirkulationsmustern diesen Veränderungen wahrscheinlich zugrunde liegen.“
Die Autoren der neuen Studie wollten besser verstehen, wie sich die globale Erwärmung auf Hitzekuppeln wie die aus dem Sommer 2021 auswirkt. Die Autoren stellen ihre Arbeit diese Woche auf der Herbsttagung 2023 der American Geophysical Union in San Francisco vor.
Frühere Arbeiten von PNNL-Wissenschaftlern deuten darauf hin, dass die aktuellen Klimazusagen von Ländern auf der ganzen Welt immer noch nicht ausreichen, um die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, was das Risiko anhaltender extremer Wetterbedingungen mit sich bringt. COP28 – die globale Klimakonferenz, bei der Staats- und Regierungschefs der Welt Emissionsversprechen mit dem Ziel verwalten, die Erwärmung zu begrenzen – geht heute zu Ende.
„Unsere neue Arbeit legt nahe, dass, wenn die aktuellen Emissionstrends anhalten“, sagte Co-Autorin und Atmosphärenforscherin Ruby Leung, „wir erwarten, dass diese Veränderungen in den kommenden Jahrzehnten das Hitzewellenrisiko in der gesamten Nordwestregion erhöhen werden.“ Bewohner von Kalifornien, Idaho, Oregon In Washington und anderen Nachbarstaaten kann es zu besonders starken Hitzewellen kommen. Durch ein besseres Verständnis der Bedingungen, die diesen Ereignissen vorausgehen, können wir alle besser darauf vorbereitet sein.“
Was verursacht Hitzekuppeln und warum verschlimmern sie sich?
Der Prozess beginnt mit einer wärmeren Meeresoberfläche im Pazifischen Ozean, die durch die Erwärmung durch Treibhausgase erwärmt und durch ein El-Niño-ähnliches Erwärmungsmuster noch verstärkt wird.
Diese Wärme weicht der Konvektion: Die Luft über der wärmeren Meeresoberfläche beginnt sich zu vermischen, wenn warme Luft aufsteigt und kühle, dichte Luft absinkt. Durch diese konvektive Vermischung wird Wärme nach oben transportiert.
Diese Konvektion setzt in der Luft Wärme frei, die dann zu etwas führt, das Wissenschaftler als atmosphärische Rossby-Wellen bezeichnen. So wie sich Meereswellen durch das Meer bewegen, bewegen sich atmosphärische Rossby-Wellen durch die Erdatmosphäre und beeinflussen das Wetter weit stromabwärts.
Rossby-Wellen können das Erdklima stark beeinflussen und extreme Wetterereignisse sogar verstärken. In dieser neuen Arbeit spielen Rossby-Wellen eine direkte Rolle dabei, den pazifischen Nordwesten auf einen Hitzekuppeleffekt vorzubereiten, der die Region mit drückender Hitze bedroht.
Hitzekuppeln entstehen, wenn sich über einer Region atmosphärische Hochdruckbedingungen festsetzen, die sich manchmal wochenlang nicht ändern. Die Hochdruckbedingungen sorgen für einen klaren Himmel, wodurch die Wolkendecke verringert wird oder der Regen das Gebiet abkühlt. Durch die Simulation der atmosphärischen Prozesse auf der Erde stellen die Autoren fest, dass Rossby-Wellen in Zukunft häufiger über dem pazifischen Nordwesten stationär werden und einen wärmekuppelähnlichen Effekt erzeugen könnten.
Sie stellen außerdem fest, dass sich die Stärke dieser stationären Rossby-Wellen in den kommenden Jahrzehnten nahezu verdoppeln könnte.
„Obwohl die Amplitude der wärmedomartigen stationären Welle über dem pazifischen Nordwesten gegen Ende des Jahrhunderts bei einem Szenario mit hohen Emissionen etwa doppelt so groß sein wird“, sagte Chen, „würde die Intensität der Hitzewellen viel stärker zunehmen.“ das der Wärmekuppel selbst aufgrund des Beitrags der Hintergrunderwärmung und der Wechselwirkungen zwischen Land und Atmosphäre.
Solche Wechselwirkungen, etwa wie viel Bodenfeuchtigkeit zur Abkühlung der Atmosphäre durch Verdunstung zur Verfügung steht, können das lokale Klima erheblich beeinflussen. Am Beispiel der Hitzewelle im Sommer 2021, sagte Chen, habe übermäßig trockener Boden zusätzliche Hitzegrade zu einer bereits intensiven Hitzewelle beigetragen. Auch Veränderungen in den Windmustern könnten die Rossby-Wellen wahrscheinlich zunehmend in Richtung Nordamerika treiben und sie dazu bringen, häufiger zuzuschlagen.
Frühere Untersuchungen von PNNL-Wissenschaftlern haben gezeigt, dass heißere Sommernächte den Hitzestress in Städten verstärken können und dass die Bewohner vieler US-Städte überproportional unter diesen Auswirkungen leiden. Die Autoren der neuen Arbeit hoffen, dass ihre Ergebnisse in Strategien einfließen werden, die Gemeinden dabei helfen, sich besser auf extreme Wetterbedingungen vorzubereiten. Auch das Verständnis der Veränderungen bei extremen Wetterbedingungen ist von entscheidender Bedeutung Aufbau eines widerstandsfähigeren Stromnetzes.
Mehr Informationen:
Ziming Chen et al., Projizierter Anstieg sommerlicher hitzekuppelartiger stationärer Wellen über dem Nordwesten Nordamerikas, npj Klima- und Atmosphärenwissenschaft (2023). DOI: 10.1038/s41612-023-00511-2