Future changes in atmospheric moisture and wind field using numerical simulations: Implications for moisture transport and wind energy

Abstract

Thermal warming of the atmosphere is projected to exceed targets of 1.5°C or 2°C in the 21st century unless dramatic reductions in CO2 and other greenhouse gas emissions are made in the coming decades. The thermodynamic response to a warmed atmosphere per degree of warming is a 6-7% increase in atmospheric water vapor at low levels, based on the Clausius-Clapeyron relationship, and this will have a strengthening impact on moisture transport throughout—the world. In addition, changes in atmospheric circulation patterns will also occur as the planet retains more heat, affecting the global and regional atmospheric water balance. Therefore, the net effect of dynamic (circulation) and thermodynamic processes is extremely relevant when analyzing future changes in moisture sources for precipitation in a region. Therefore, there is a need to investigate the links between moisture sources and sinks, the role of climate change in modifying atmospheric moisture transport, and how this may influence continental precipitation. On the other hand, associated with the changes in the circulation patterns, a change in the wind pattern is expected at a global, regional, and local level, affecting in the generation of wind energy; being the same a crucial energy resource within clean and renewable energy for the Iberian Peninsula (particularly for Galicia) and all of Europe.

Se prevé que el calentamiento térmico de la atmósfera superará los objetivos de 1,5 °C o 2 °C en el siglo XXI, a menos que se realicen reducciones drásticas de las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero en las próximas décadas. La respuesta termodinámica a una atmósfera calentada por grado de calentamiento es un aumento del 6-7% en el vapor de agua atmosférico a niveles bajos, según la relación Clausius-Clapeyron, y esto tendrá un impacto de fortalecimiento en el transporte de humedad en todo el mundo. Además, también se producirán cambios en los patrones de circulación atmosférica a medida que el planeta retenga más calor, lo que afectará el balance hídrico atmosférico a nivel global y regional. El efecto neto de los procesos dinámicos (circulación) y termodinámicos es, por lo tanto, extremadamente relevante cuando se analizan los cambios futuros en las fuentes de humedad para la precipitación en una región. Por lo tanto, es necesario investigar los vínculos entre las fuentes y los sumideros de humedad, el papel del cambio climático en la modificación del transporte de humedad atmosférica y cómo puede influir esto en la precipitación continental. Por otra parte, asociado a los cambios en los patrones de circulación se espera un cambio en el patrón de vientos a nivel global, regional y local, repercutiendo esto en la generación de energía de tipo eólico; siendo la misma un recurso crucial energético dentro de las energías limpias y renovables para la Península Ibérica (en particular para Galicia) y toda Europa.

Prevese que o quecemento térmico da atmosfera supere os obxectivos de 1,5 °C ou 2 °C no século XXI, a non ser que se produzan reducións drásticas de CO2 e doutros gases de efecto invernadoiro nas próximas décadas. A resposta termodinámica a unha atmosfera quentada por grao de quecemento é un aumento do 6-7% do vapor de auga atmosférico a baixos niveis, baseado na relación Clausius-Clapeyron, e isto terá un impacto fortalecedor no transporte de humidade en todo o mundo. Ademais, tamén se producirán cambios nos patróns de circulación atmosférica a medida que o planeta reteña máis calor, afectando o balance hídrico atmosférico global e rexional. O efecto neto dos procesos dinámicos (circulación) e termodinámicos é, polo tanto, moi relevante cando se analizan os cambios futuros nas fontes de humidade para a precipitación nunha rexión. Polo tanto, é necesario investigar os vínculos entre fontes de humidade e sumidoiros, o papel do cambio climático na modificación do transporte de humidade atmosférica e como isto pode influír na precipitación continental. Por outra banda, asociado aos cambios nos patróns de circulación, espérase un cambio no patrón eólico a nivel global, rexional e local, afectando a este na xeración de enerxía eólica; sendo o mesmo un recurso enerxético crucial dentro das enerxías limpas e renovables para a Península Ibérica (en particular para Galicia) e para toda Europa.