Wissenschaftler entdecken den Zusammenhang zwischen Meereswetter und globalem Klima mithilfe mechanischer statt statistischer Analysen

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat den ersten direkten Beweis gefunden, der scheinbar zufällige Wettersysteme im Ozean mit dem Klima auf globaler Ebene verknüpft. Unter der Leitung von Hussein Aluie, einem außerordentlichen Professor am Fachbereich Maschinenbau der University of Rochester und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Labor für Laserenergetik der Universität, berichtete das Team über ihre Ergebnisse Ergebnisse In Wissenschaftliche Fortschritte.

Der Ozean weist Wettermuster auf, wie wir sie an Land erleben, allerdings auf unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen, sagt Hauptautor Benjamin Storer, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Turbulence and Complex Flow Group von Aluie. Ein Wettermuster an Land kann einige Tage andauern und etwa 500 Kilometer breit sein, während ozeanische Wettermuster wie wirbelnde Wirbel drei bis vier Wochen andauern, aber etwa ein Fünftel so groß sind.

„Wissenschaftler haben lange darüber spekuliert, dass diese allgegenwärtigen und scheinbar zufälligen Bewegungen im Ozean mit Klimaskalen interagieren, aber dies war immer vage, weil nicht klar war, wie man dieses komplexe System entwirren kann, um ihre Wechselwirkungen zu messen“, sagt Aluie. „Wir haben ein Framework entwickelt, das genau das kann. Was wir fanden, war nicht das, was die Leute erwartet hatten, weil es die Vermittlung der Atmosphäre erfordert.“

Ziel der Gruppe war es zu verstehen, wie Energie durch verschiedene Kanäle im Ozean auf dem ganzen Planeten fließt. Sie nutzten eine 2019 von Aluie entwickelte mathematische Methode, die anschließend in implementiert wurde ein erweiterter Code von Storer und AluieDies ermöglichte es ihnen, die Energieübertragung über verschiedene Muster hinweg zu untersuchen, die vom Erdumfang bis zu 10 Kilometern reichten. Diese Techniken wurden dann auf Meeresdatensätze aus einem fortschrittlichen Klimamodell und aus Satellitenbeobachtungen angewendet.

Die Studie ergab, dass Meereswettersysteme im Zusammenspiel mit Klimaskalen sowohl aktiviert als auch geschwächt werden, und zwar in einem Muster, das die globale atmosphärische Zirkulation widerspiegelt. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass ein atmosphärisches Band in der Nähe des Äquators, die sogenannte „intertropische Konvergenzzone“, 30 % des weltweiten Niederschlags produziert, einen intensiven Energietransfer verursacht und Meeresturbulenzen erzeugt.

Storer und Aluie sagen, dass die Untersuchung solch komplexer Flüssigkeitsbewegungen auf mehreren Skalen nicht einfach sei, dass sie jedoch Vorteile gegenüber früheren Versuchen habe, das Wetter mit dem Klimawandel in Verbindung zu bringen. Sie glauben, dass die Arbeit des Teams einen vielversprechenden Rahmen für ein besseres Verständnis des Klimasystems schafft.

„Es besteht großes Interesse daran, wie die globale Erwärmung und unser sich veränderndes Klima extreme Wetterereignisse beeinflussen“, sagt Aluie. „Normalerweise basieren solche Forschungsbemühungen auf statistischen Analysen, die umfassende Daten erfordern, um Vertrauen in die Unsicherheiten zu haben. Wir verfolgen einen anderen Ansatz, der auf mechanistischer Analyse basiert, was einige dieser Anforderungen erleichtert und es uns ermöglicht, Ursache und Wirkung leichter zu verstehen.“ „

Zu dem Team, das bei der Untersuchung eine zentrale Rolle spielte, gehörten auch Michele Buzzicotti, ein Forschungswissenschaftler an der Universität Tor Vergata in Rom; Hemant Khatri, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der University of Liverpool, und Stephen Griffies, leitender Wissenschaftler in Princeton.