In der kalifornischen Wintersaison 2022–2023 war der Staat mit neun atmosphärischen Flüssen (Atmosphärischen Flüssen, ARs) konfrontiert, die zu extremen Überschwemmungen, Erdrutschen und Stromausfällen führten – die längste Dauer kontinuierlicher AR-Bedingungen in den letzten 70 Jahren. Wissenschaftler des Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) führten kürzlich eine Studie durch, bei der maschinelles Lernen eingesetzt wurde, um diese komplexen Wettersysteme besser zu verstehen. Dabei kamen sie zu dem Ergebnis, dass intensivere atmosphärische Flüsse mit größerer Wahrscheinlichkeit innerhalb kurzer Zeit nacheinander auftreten.
Ein Papier veröffentlicht In Kommunikation Erde und Umwelt Einzelheiten zu ihren Erkenntnissen.
Das Winterklima Kaliforniens wird größtenteils durch diese atmosphärischen Flüsse bestimmt – lange, schmale Regionen in der Atmosphäre, die Wasserdampf aus den Tropen transportieren, der am häufigsten mit der Westküste in Verbindung gebracht wird, die aus dem Pazifischen Ozean kommt. Wenn sie auf Land treffen (d. h. Land überqueren), können sie große Mengen Regen und Schnee freisetzen. Die katastrophalen ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen von ARs verdeutlichen die Dringlichkeit ihrer Untersuchung, insbesondere angesichts des Klimawandels auf der Erde.
„Atmosphärische Flussereignisse werden sich mit steigenden Temperaturen wahrscheinlich verschlimmern“, erklärte Yang Zhou, Wissenschaftler der Earth and Environmental Sciences Area (EESA) und Hauptautor der Veröffentlichung. „Indem wir untersuchen, wie und warum es zu dichteren Ereignissen kommt, können wir versuchen, Kalifornien dabei zu helfen, besser vorbereitet zu sein.“
Während atmosphärische Flüsse umfassend untersucht werden, ist die Wissenschaft hinter aufeinanderfolgenden AR-Ereignissen weitgehend ein Rätsel geblieben. Zusammen mit den leitenden Wissenschaftlern William Collins und Michael Wehner vom Berkeley Lab versuchte Zhou, das AR-Verhalten mithilfe von Clustern zu untersuchen – Gruppen von AR-Landfällen, die in einer bestimmten Region über einen relativ kurzen Zeitraum hinweg auftraten. Das Team nutzte maschinelles Lernen, um diese Cluster zu identifizieren und ihre Eigenschaften, Auswirkungen und Verbindungen zu atmosphärischen Zirkulationen zu untersuchen.
Zu diesem Zweck konzentrierten sich die Forscher darauf, wie viele AR-„Tage“, die auftreten, wenn ARs über Land an der Westküste fallen und Niederschläge freisetzen, über den Zeitraum des Clusters hinweg stattfanden. Dies wird als „Clusterdichte“ bezeichnet. Beispielsweise hätte ein dichterer Fünf-Tage-Cluster vier der fünf Tage als AR-Tage, während ein weniger dichter Cluster zwei der fünf Tage als AR-Tage hätte.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass intensivere AR-Ereignisse mit größerer Wahrscheinlichkeit bei dichteren AR-Clustern auftreten“, erklärte Zhou. „Das bedeutet nicht nur, dass dem Land zwischen den Ereignissen weniger Zeit zur Verfügung steht, sich zu erholen, sondern auch, dass die einzelnen Ereignisse selbst extremer sind. Dadurch wird der Gesamteffekt dicht verteilter AR-Cluster noch schwerwiegender.“
Das Team untersuchte auch, wie sich die Clusterdichte auf die Schwere der Folgen auf dem Land auswirkte, und zeigte, dass dichtere Cluster zu mehr Überschwemmungen und Schäden an Infrastruktur und Ökosystemen führen. Dies liegt daran, dass das Land weniger Zeit hat, sich zu erholen, da weiterhin starke Regenfälle mit kürzeren Pausen auftreten.
Sie untersuchten auch, wie sich atmosphärische Muster auf Cluster auswirken, und stellten fest, dass bestimmte atmosphärische Bedingungen in Bezug auf Druck und Winde das Auftreten dichter Cluster in einer wärmeren Welt begünstigen.
Die Kenntnis der atmosphärischen Bedingungen, die typischerweise zu dichten AR-Clustern führen, und der Tatsache, dass extreme AR-Ereignisse in AR-Clustern mit größerer Wahrscheinlichkeit auftreten, kann dazu beitragen, Wissenschaftler zu informieren, die diese Ereignisse Jahre und Jahrzehnte in der Zukunft vorhersagen, und Gemeinden, die versuchen, sich auf sie vorzubereiten.
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Yang Zhou et al. An der Westküste der Vereinigten Staaten kommt es häufiger zu aufeinanderfolgenden atmosphärischen Flussanlandungen hoher Kategorie. Kommunikation Erde und Umwelt (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01368-w