Helmholtz极地和海洋研究中心（AWI）的Alfred Wegener研究所的大气研究人员现已开发出一种气候模型，能够准确地描绘出经常观察到的急流，即北半球的主要气流。当科学家们将他们的全球气候模型与臭氧化学的新机器学习算法结合起来时，这一突破就来了。使用他们的新组合模型，他们现在可以证明喷射流在冬季和随后的极端天气条件下在中欧和北美的冷空气爆发是波动的过程，是气候变化的直接结果。他们的研究结果发表在2019年5月28日的自然在线门户网站科学报告中。
多年来，全球的气候研究人员一直在研究这样一个问题：喷气流在北半球上空的绕行过程 - 近年来频率越来越高 - 是气候变化的产物，还是随机现象追溯到气候系统的自然变化。 “喷射流”一词指的是中纬度地区强大的西风带，将主要的天气系统从西向东推进。这些风在大约10公里的高度环绕地球，由热带和北极之间的温度差异驱动，过去通常达到每小时500公里的最高速度。
但是现在，正如观察所证实的那样，风势越来越大。它们经常沿着与赤道平行的直线路线吹动;相反，他们以巨大的波浪横扫北半球。反过来，在冬季，这些海浪产生了从北极到中纬度地区的冷空气的异常侵入 - 就像2019年1月下旬袭击美国中西部的极端寒冷。在夏季，减弱的急流导致延长热浪和干燥条件，例如欧洲经历的那些2003,2006,2015和2018。
机器学习允许气候模型掌握臭氧的作用
这些基本连接已经有一段时间了。尽管如此，研究人员还是没有成功地描绘出急流在气候模型中摇摆不定的过程，或者展示了摇摇欲坠的风与全球气候变化之间的联系。波茨坦AWI的大气研究人员现在通过补充其全球气候模型以及臭氧化学的创新组件来克服这一障碍。 “我们开发了一种机器学习算法，它允许我们将臭氧层表示为模型中的交互元素，并在此过程中反映平流层和臭氧层的相互作用，”第一作者和AWI大气研究员Erik说。 Romanowsky。 “通过新的模型系统，我们现在可以逼真地再现喷射流中观察到的变化。”
根据该团队的调查结果，海冰撤退以及随之而来的大气波活动的增加正在造成极地平流层的臭氧升温。由于低极化温度形成了急流的电动机，平流层中的温度升高导致它变得不稳定。反过来，射流的这种弱化现在从平流层向下扩散，产生极端天气。
减弱的急流是由于气候变化造成的
此外，通过新模型，研究人员还可以更密切地分析蜿蜒射流的原因。 “我们的研究表明，急流的变化至少部分是由于北极海冰的消失。如果冰盖继续减少，我们认为以前在中间观测到的极端天气事件的频率和强度纬度将增加，“AWI大气研究负责人Markus Rex教授说。 “此外，我们的研究结果证实，美国，欧洲和亚洲冬季更频繁发生的冷期与全球变暖并不矛盾;相反，它们是人为气候变化的一部分。”
该团队的努力也代表了一项重大的技术进步：“在本研究中成功使用机器学习之后，我们现在首次在气候建模中采用人工智能，帮助我们实现更真实的气候模型系统。这具有巨大的潜力对于未来的气候模型，我们相信这些模型将提供更可靠的气候预测，从而为政治决策制定更强大的基础，“Markus Rex说。
在北极探险期间，MOSAiC计划收集最新的冰和大气数据，该探测将于9月开始，在此期间德国研究破冰船Polarstern将穿过中北极和海冰一整年。这将有助于他们将新气候模型应用于未来，以模拟北极气候和海冰的未来发展。正如马库斯雷克斯所解释的那样，“我们的目标是详细了解北极海冰撤退的进展情况 - 因为只有这样，我们才能够衡量北极变化将如何以及在多大程度上导致极端天气极端变化。中纬度地区。“
——文章发布于2019年5月28日
