Comment le changement climatique va magnifier la météo bloquant les événements

Les changements climatiques vont magnifier les phénomènes de blocage météoLes spécialistes en dynamique des fluides ont trouvé une loi d’échelle, une formule mathématique liant la taille des événements bloquants à la largeur, à la latitude et à la force du flux de jet, qui sont tous bien étudiés et mesurés. (Crédit: P. Hassanzadeh / Rice)

Les «événements bloquants» ont provoqué certaines des vagues de chaleur les plus meurtrières du 21st siècle. La recherche révèle que ces systèmes météorologiques haute pression bloqués augmenteront en raison du changement climatique.

Les événements de blocage atmosphérique sont des systèmes à haute pression de latitude moyenne qui restent en place pendant des jours voire des semaines. En fonction du moment et du lieu où ils se développent, les blocages peuvent provoquer des sécheresses ou des averses et canicules ou des vagues de froid. Les événements bloquants ont provoqué des vagues de chaleur mortelles en France sous 2003 et en Russie sous 2010.

À l'aide de données provenant de deux séries de simulations complètes de modèles climatiques, les chercheurs ont constaté que la zone d'événements de blocage dans l'hémisphère nord augmentera autant que 17% en raison de: changement climatique anthropique.

Le blocage des événements va-t-il s'agrandir?

Pedram Hassanzadeh, professeur adjoint en génie mécanique et en sciences de la terre, de l'environnement et des planètes à la Rice University, utilise des modèles informatiques, mathématiques et statistiques pour étudier les flux atmosphériques liés à un large éventail de problèmes allant des phénomènes météorologiques extrêmes à l'énergie éolienne.

Il a ajouté que les chercheurs s'intéressaient de plus en plus à l'impact du changement climatique sur les événements de blocage, mais que la plupart des études ont cherché à déterminer si les événements de blocage deviendraient plus fréquents à mesure que l'atmosphère se réchaufferait en raison des émissions de gaz à effet de serre.

«Dans le passé, des études ont cherché à déterminer si le changement climatique bloquait plus ou moins les événements,» a-t-il déclaré. «La question que personne n’avait posée est de savoir si la taille de ces événements changera ou non.

«Et la taille est très importante car les événements de blocage ont plus d'impact quand ils sont plus grands. Par exemple, si le système à haute pression devient plus grand, vous obtiendrez des vagues de chaleur plus importantes qui toucheront plus de personnes et vous obtiendrez probablement des vagues de chaleur plus fortes. "

Un 'résultat simple et élégant'

Ebrahim Nabizadeh, étudiant diplômé en génie mécanique à la Brown School of Engineering de Rice, a décidé de répondre à la question posée il y a deux ans. En utilisant une approche de modélisation hiérarchique, il a commencé par expérimenter un modèle de turbulence atmosphérique bien plus simple que l'atmosphère réelle.

Le modèle simple, qui capture la dynamique fondamentale des événements de blocage, a permis à Nabizadeh de faire beaucoup d’exploration. En apportant de légères modifications à un paramètre ou à un autre, il a exécuté des milliers de simulations. Il a ensuite utilisé une puissante technique d'analyse dimensionnelle appelée théorème de Buckingham-Pi, souvent utilisée dans la conception de systèmes d'ingénierie complexes et de grande taille, impliquant des écoulements de fluide, pour analyser les données.

L'objectif était de trouver une loi d'échelle, une formule mathématique décrivant la taille d'un événement de blocage à l'aide de variables que les climatologues étudient et comprennent déjà. Nabizadeh a commencé avec des lois d'échelle développées pour prévoir la taille des conditions météorologiques quotidiennes, mais il a constaté qu'aucune des variables n'était prédictive pour les événements de blocage.

Sa persistance a finalement porté ses fruits avec une formule simple qui relie la zone des événements bloquants à la largeur, à la latitude et à la force du jet, qui sont tous bien étudiés et mesurés.

«J'ai récemment parlé de cela, et l'une des personnes est venue après et a dit:" C'est magique, ces pouvoirs s'additionnent et vous obtenez soudain la bonne réponse. " Mais Ebrahim a eu besoin de beaucoup de travail pour obtenir ce résultat simple et élégant », dit-il.

Regarder les chiffres

À un moment donné, Nabizadeh avait analysé les données de nombreuses simulations et avait produit une comparaison incluant page par page, et Hassanzadeh a expliqué que la découverte du droit d'échelle était encouragée par une source improbable: la file d'attente située au bureau des permis de conduire.

Hassanzadeh et Nabizadeh ont obtenu leur licence à environ une semaine d'intervalle et ont eu amplement le temps d'étudier les résultats en attendant. «Vous devez vous asseoir et vous n'avez rien à faire», dit Hassanzadeh. "Donc, après avoir regardé ces chiffres pendant des heures, nous avons réalisé que c'était la bonne mise à l'échelle."

Ils ont également comparé les résultats d'un modèle simple avec les résultats de modèles de plus en plus complexes du climat et de la météo de la Terre. Selon M. Nabizadeh, la loi d'échelle prédit l'évolution de la taille des futurs blocages hivernaux dans des simulations complètes de modèles climatiques avec une précision remarquable.

«Les performances hivernales sont meilleures que les manifestations estivales pour des raisons que nous ne comprenons pas encore», déclare Nabizadeh. "Nos résultats suggèrent que les futures études devraient se concentrer sur une meilleure compréhension des blocs estivaux et également sur la manière dont des événements de blocage plus importants pourraient affecter la taille, l'ampleur et la persistance d'événements météorologiques extrêmes tels que les vagues de chaleur."

Les coauteurs supplémentaires proviennent du laboratoire national Lawrence Berkeley et des universités de Californie, Davis et Colorado State.

La NASA, le programme de recherche du Golfe des académies nationales, le ministère de l'Énergie et la National Science Foundation ont apporté leur soutien à la recherche. Le projet XSEDE soutenu par la NSF et le Centre for Research Computing de Rice, en partenariat avec l'Institut Ken Kennedy pour l'informatique de Rice, ont fourni des ressources informatiques.

étude originale

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