Nel settembre 2013, forti tempeste hanno colpito il Colorado con lunghi, pioggia battente, provocando almeno nove morti, 1, 800 evacuazioni e 900 case distrutte o danneggiate. La tempesta di otto giorni ha scaricato più di 17 pollici di pioggia, facendo sì che il fiume Platte raggiunga livelli di inondazione più alti di quanto mai registrato.

La gravità delle tempeste, che si è verificato anche insolitamente alla fine dell'anno, ha attirato l'interesse degli scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory, specializzati nello studio delle condizioni meteorologiche estreme. In molti casi, la loro ricerca ha dimostrato che tali eventi sono resi più intensi in un clima più caldo.

In un articolo apparso online il 18 luglio, 2017 a Condizioni meteorologiche e climatiche estreme , il team riferisce che il cambiamento climatico attribuito all'attività umana ha reso la tempesta molto più grave di quanto si sarebbe altrimenti verificato.

"La tempesta era così forte, così intenso, che i modelli climatici standard che non risolvono i dettagli su piccola scala non sono stati in grado di caratterizzare le precipitazioni gravi o il modello meteorologico su larga scala associato alla tempesta, " ha detto Michael Wehner, uno scienziato del clima nella divisione di ricerca computazionale del laboratorio e coautore dell'articolo.

I ricercatori si sono quindi rivolti a una struttura diversa utilizzando il modello regionale Weather Research and Forecasting per studiare l'evento in modo più dettagliato. Il gruppo ha utilizzato il modello pubblicamente disponibile, che può essere utilizzato per prevedere il tempo futuro, per "confutare" le condizioni che hanno portato al 9-16 settembre, 2013 inondazioni intorno a Boulder, Colorado. Il modello ha permesso loro di studiare il problema in modo più dettagliato, suddividendo l'area in quadrati di 12 chilometri.

Hanno eseguito 101 retrospettive di due versioni del modello:una basata su condizioni attuali realistiche che tiene conto dei cambiamenti indotti dall'uomo nell'atmosfera e del cambiamento climatico associato, e uno che ha rimosso la parte del cambiamento climatico osservato attribuita alle attività umane. La differenza tra i risultati è stata poi attribuita a queste attività umane. Si è scoperto che l'influenza umana ha aumentato l'entità delle piogge abbondanti del 30 percento. Gli autori hanno scoperto che questo aumento è dovuto in parte alla capacità di un'atmosfera più calda di trattenere più acqua.

"Questo evento è stato tipico in termini di come la tempesta ha inviato acqua alla zona, ma era insolito in termini di quantità di acqua e tempistica, " ha detto il co-autore Dáithí Stone, anche di Berkeley Lab. "Sappiamo che la quantità di acqua che l'aria può contenere aumenta di circa il 6% per grado Celsius di aumento, il che ci ha portato ad aspettarci che le precipitazioni sarebbero state del 9-15 percento più elevate, ma invece abbiamo scoperto che era del 30% più alto."

I risultati inizialmente lasciarono perplessi il team poiché le risposte si stavano rivelando più complicate di quanto inizialmente ipotizzato:la tempesta era più violenta sia in termini di vento che di pioggia.

"Ci aspettavamo che l'aria umida che colpisce la catena montuosa "spingesse" l'acqua fuori dall'aria, ", ha detto l'autore principale Pardeep Pall. "Quello che non ci eravamo resi conto era che la pioggia stessa avrebbe anche 'tirato' più aria dentro. L'aria si alza mentre piove, e che a sua volta tirava dentro altra aria dal basso, che era bagnato, producendo più pioggia, facendo salire più aria, tirando più aria, e così via."

La maggiore pioggia a sua volta ha portato a più inondazioni e più danni. Le foto della tempesta hanno mostrato molte auto distrutte o bloccate mentre strade e ponti sono stati spazzati via. I danni alle sole strade sono stati stimati in $ 100-150 milioni.

"L'aumento delle precipitazioni è stato maggiore di quanto il solo riscaldamento avrebbe previsto, " Stone ha detto. "Utilizzando il modello dinamico locale, abbiamo scoperto che la "tempesta che era" era più violenta della "tempesta che avrebbe potuto essere", qualcosa che non avevamo ipotizzato".

Cristina Patricola, coautore e ricercatore nella Divisione di scienze del clima e dell'ecosistema del laboratorio, che lavorava al Texas A&M quando durante lo studio, ha detto che la comprensione del clima estremo è importante perché il modo in cui viviamo il clima, ad esempio a causa di danni provocati dalle condizioni atmosferiche, tende ad essere dominato da condizioni meteorologiche estreme. Però, anche la natura di tali eventi è difficile da capire perché sono così rari. Gli studi sull'attribuzione degli eventi come quello descritto nel documento possono aiutare a migliorare la comprensione.

Gli autori hanno sottolineato che lo studio non ha lo scopo di prevedere tali eventi in futuro.

"Questo è stato un evento molto raro e rimane tale, e non facciamo previsioni con questo lavoro, " disse Stone. "L'evento esatto non accadrà di nuovo, ma se otteniamo lo stesso tipo di modello meteorologico in un clima che è persino più caldo di quello odierno, allora possiamo aspettarci che scarichi ancora più pioggia." Ma al di là della maggiore quantità di precipitazioni, Wehner aggiunge, "questo studio, più in generale, aumenta la nostra comprensione di come i vari processi nelle tempeste estreme possono cambiare man mano che il clima generale si riscalda". Nonostante la comprensione acquisita attraverso questo studio, rimangono molte domande sugli eventi meteorologici estremi.

"Il nostro quadro di modellazione climatica apre le porte alla comprensione di altri tipi di eventi meteorologici estremi, " ha detto Patricola. "Stiamo ora indagando su come l'uomo possa aver influenzato i cicloni tropicali. I progressi nel supercalcolo rendono possibile eseguire simulazioni in grado di rivelare cosa sta accadendo all'interno delle nuvole temporalesche".

I modelli sono stati eseguiti come parte della caratterizzazione calibrata e sistematica, attribuzione, e il progetto Detection of Extremes (CASCADE) presso il Berkeley Lab. I modelli sono stati eseguiti su supercomputer presso il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), un DOE Office of Science User Facility situato presso il Berkeley Lab.