Page 1



Climate Signals A  Guide  to  Selected  Extreme  Weather  and  Climate  Change

For informa:on  contact: Hunter  Cu=ng Climate  Nexus +1  415-­‐420-­‐7498 This  work  is  licensed  under  the  Crea:ve  Commons  AOribu:on-­‐NoDerivs  3.0  Unported  License.

New York,  NY  2012

Table of  Contents

Overview .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   4 Heat  Waves  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   7 Drought  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   12 Rain  and  Snow  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  18 Flooding  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  23 Tornadoes  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   28 Hurricanes  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   33 References  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 36

Climate Change  and  Extreme  Weather Overview Climate  change  is  already  affec:ng  extreme  weather.    The  Na:onal  Academy  of  Sciences   reports  that  rain  has  become  concentrated  in  heavier  downpours  and  the  hoOest  days  are  now   hoOer.1  And  the  fingerprint  of  global  warming  behind  these  changes  has  been  firmly  iden:fied.2

Photo credit:  Monika  Sharma In  the  strictest  sense  all  weather  events  are  now  affected  by  climate  change  because  the   environment  in  which  they  occur  (the  atmosphere)  is  significantly  warmer  and  weOer  than  it   used  to  be.3 The  Na:onal  Oceanic  and  Atmospheric  Administra:on  (NOAA)  reports  an  increase  in  billion-­‐ dollar  weather  disasters  across  the  U.S.  in  recent  years  with  an  astonishing  14  weather   disasters  totaling  over  $50  billion  in  damages  occurring  in  2011  alone.    Four  out  of  five   Americans  live  in  coun:es  where  natural  disasters  have  been  declared  since  2006.4  The   insurance  giant  Munich  RE  reports  that  the  number  of  weather  catastrophes  across  the  world   has  tripled  since  1980  and  that  climate  change  is  helping  to  drive  this  trend.5


While natural  variability  con:nues  to  play  a  key  role  in  extreme  weather,  climate  change  has   shiced  the  odds  and  changed  the  natural  limits,  making  certain  types  of  extreme  weather  much   more  frequent  and  more  intense.  Sixty  years  ago  in  the  con:nental  United  States,  the  number   of  new  record  high  temperatures  recorded  around  the  country  each  year  was  roughly  equal  to   the  number  of  new  record  lows.  Now,  the  number  of  new  record  highs  recorded  each  year  is   twice  the  number  of  new  record  lows,  a  signature  of  a  warming  climate,  and  a  clear  example  of   its  impact  on  extreme  weather.6 A  small  change  in  average  global  temperature  leads  to  a  drama:c  change  in  the  frequency  of   extreme  events,7  as  witnessed  in  recent  years  by  the  50-­‐fold  increase  in  the  global  areas   experiencing  the  most  extreme  global  temperatures.8


Number of  Weather  Related  Disasters  2006-­‐2001.  Credit:  Environment  America

While our  understanding  of  how  climate  change  affects  extreme  weather  is  s:ll  developing,   evidence  suggests  that  extreme  weather  may  be  altered  even  more  than  an:cipated.  Recent   changes  in  extreme  weather  have  been  even  greater  than  the  changes  projected  by  climate   models.9

1 Matson  et  al.  2010

2 Min  et  al.  2011,  Dai  et  al.  2011,  Seneviratne  2012 3  Trenberth  2012

4 Dutzik  and  Wilcox,  2012 5  Hoeppe  2012

6 Meehl  et  al.  2009

7 Karl  et  al.  2008;  Trenberth  1999;  Gutowski  et  al.  2008


Heat Waves "The  duraFon,  size,  and  intensity  of  the  'summer  in  March'  heat  wave  are  simply  off-­‐scale.  The   event  ranks  as  one  of  North  America's  most  extraordinary  weather  events  in  recorded  history."   –  Dr.  Jeff  Masters,  Weather  Underground. There  has  been  a  remarkable  run  of  record-­‐shaOering  heat  waves  in  recent  years,  from  the   Russian  heat  wave  of  2010  that  set  forests  ablaze  to  last  year’s  historic  heat  wave  in  Texas  and   this  year’s  Summer  in  March  for  the  Midwest.  And  this  stretch  fits  the  on-­‐going  trend  driven  by   climate  change.       The  impacts  of  these  events  are   devasta:ng.    The  drought  and   heat  wave  that  hit  Texas  and  the   Southern  plains  in  the  summer  of   2012  cost  $10  billion.1 Since  1950  the  number  of  heat   waves  worldwide  has  increased,   and  heat  waves  have  become   longer.2  The  hoOest  days  and   nights  have  become  hoOer  and   more  frequent.3  In  the  past   several  years,  the  global  area  hit   by  extremely  unusual  hot   temperatures  has  increased  50   fold.4  In  the  United  States,  new   record  high  temperatures  now   regularly  outnumber  new  record   lows  by  a  ra:o  of  2:1.5

Summer in  March.  Unusual  temperatures,  March  13-­‐19,   2012  Credit:  NASA

The fingerprint  of  global  warming  has  been  firmly  iden:fied  in  this  trend.6  And  for  the  U.S.,  the   rise  in  heat-­‐trapping  gases  in  the  atmosphere  has  increased  the  probability  of  record-­‐breaking   temperatures  15-­‐fold.7   Looking  Forward If  we  con:nue  business  as  usual,  the  same  summer:me  temperatures  that  ranked  among  the   top  5%  in  1950–1979  will  occur  at  least  70%  of  the  :me  by  2035–2064  in  the  U.S.  The  South,   Southwest,  and  Northeast  will  be  especially  prone  to  large  increases  in  unusually  hot  summers.   8


Heat Waves  and  Climate  Change:  The  Science Numerous  studies  have  documented  that  human-­‐induced  climate  change  has  increased  the   frequency  and  severity  of  heat  waves  across  the  globe.9   Human  influence  is  es:mated  to  have  more  than  doubled  the  likelihood  of  the  warming  trends   experienced  recently  in  virtually  every  region  of  the  globe.10   Since  1950  the  number  of  heat  waves  worldwide  has  increased,  and  heat  waves  have  become   longer.11  The  hoOest  days  and  nights  have  become  hoOer  and  more  frequent.12    Globally,   extremely  warm  nights  that  used  to  come  once  in  20  years  now  occur  every  10  years.13   Extremely  hot  summers  are  now  observed  in  about  10%  of  the  global  land  area,  compared  to   0.1-­‐0.2%  for  the  period  1951-­‐1980.14   These  trends  cannot  be  explained  by  natural  varia:on  alone.  Only  with  the  inclusion  of  human   influences  can  computer  models  of  the  climate  reproduce  the  observed  changes  in  the  number   of  warm  nights  in  a  year,  warming  on  the  warmest  night  of  the  year,  warming  on  the  coldest   nights  and  days  of  the  year,  warming  on  the  hoOest  day  of  the  year,  unusually  hot  days   throughout  the  year,  and  heat  waves.15     In  the  United  States,  new  record  high  temperatures  now  regularly  outnumber  new  record  lows   by  a  ra:o  of  2:1.16  NOAA’s  Na:onal  Clima:c  Data  Center  reports  that  during  January-­‐March  of   2012  warm  weather  records  outnumbered  cold  records  across  the  United  States  by  a  factor  of   12.

The raFo  of  record  daily  temperature  highs  to  record  daily  lows  observed  at  about  1,800   weather  staFons  in  the  48  conFguous  United  States  from  January  1950  through  September   2009.  Source:  Meehl  et  al.  2009


For the  U.S.,  the  rise  in  heat-­‐trapping  gases  in  the  atmosphere  has  increased  the  probability  of   record-­‐breaking  temperatures  15-­‐fold.17  In  Europe,  global  warming  is  now  responsible  for  an   es:mated  29%  of  the  new  record  highs  set  each  year.18   The  significant  increase  in  heat  waves  we  have  witnessed  arising  from  a  small  shic  in  the  global   average  temperature  is  expected.  Global  warming  boosts  the  probability  of  very  extreme   events,  like  the  recent  Summer  in  March  for  the  U.S.,  far  more  than  it  changes  the  likelihood  of   more  moderate  events.19 Weather  events  tend  to  strongly  cluster  around  the  average.  So  a  substan:al  change  can  result   from  a  rela:vely  small  shic  in  the  average  temperature.  A  small  shic  in  temperature  will  move   some  extreme  events  across  the  threshold  near  the  edge  of  the  cluster,  and  as  result  they   become  much  more  common.20   The  following  graphs  help  to   illustrate  this  point.  The   change  in  probability  for   extreme  events  can  be   visualized  like  a  tradi:onal   bell  curve.    Climate  change,   however,  changes  the  shape   of  the  curve.     Climate  change  shics  the   curve  to  one  side,  moving   the  mean  average  over.     Climate  change  also  flaOens   the  curve,  providing  for  a   greater  spread  of  events,  an   increase  in  varia:on.    The   combina:on  provides  for  a   drama:c  increase  in  record   hot  weather.21

IPCC (2001)  graph  illustraFng  how  a  shi[  and/or  widening   of  a  probability  distribuFon  of  temperatures  affects  the   probability  of  extremes. 9

The graph  below  plots  historical  temperature  data  from  the  Northern  Hemisphere,  with  each   colored  line  represen:ng  a  different  decade.    A  posi:ve  temperature  anomaly  means   temperatures  are  warmer  than  average,  while  a  nega:ve  temperature  anomaly  means  they  are   cooler.    Thus,  the  graph  illustrates  both  the  shic  and  flaOening  of  the  curve  represen:ng  the   distribu:on  of  unusual  temperatures.22    The  overall  effect  corresponds  with  graph  (c)  on  the   previous  page.

Frequency of  summer  temperature  anomalies  (how  o[en  they   deviated  from  the  historical  normal  of  1951-­‐1980)  over  the   summer  months  in  the  northern  hemisphere.    Source:  NASA/ Hansen  et  al.  2012


1 NCDC,  2012

2 Trenberth  et  al  2007

3 Gutowski  et  al.  2008,  Trenberth  et  al  2007 4  Hansen  et  al  2012 5  Meehl  et  al.  2009

6 Gutowski  et  al.  2008,  StoO  et  al.  2010,  Chris:dis  et  al.  2011,  Seneviratne  et  al  2012,  Hansen  et  

al 2012 7  Hoerling  et  al.  2007 8  Duffy  and  Tebaldi  2012 9  Gutowski  et  al.  2008,  StoO  et  al.  2010,  Chris:dis  et  al.  2011,  Seneviratne  et  al  2012,  Hansen  et   al  2012 10  Chris:dis  et  al.  2009,  and  StoO  et  al.  2010 11  Trenberth  et  al  2007 12  Gutowski  et  al.  2008,  Trenberth  et  al  2007 13  Zwiers  et  al.  2010 14  Hansen  et  al  2012 15  Gutowski  et  al.  2008,  StoO  et  al.  2010,  Chris:dis  et  al.  2011,  Seneviratne  et  al  2012,  Hansen  et   al  2012 16  Meehl  et  al.  2009 17  Hoerling  et  al.  2007 18  Wergen  and  Krug  2010 19  Rahmstorf  and  Coumou,  2012 20  Gutowski  et  al.  2008 21  Rahmstorf  and  Coumou,  2012 22  Hansen  et  al  2012


Drought Very dry  areas  across  the  globe  have  doubled  in  extent  since  the  1970s.1  This  global  trend  has   been  linked  directly  to  climate  change.    Global  warming  is  both  drying  out  land  and  re-­‐working   regional  weather  paOerns  to  move  rain  even  farther  away  from  the  dry  areas  of  the  subtropical   belt.2 Rain  is  also  becoming  increasingly  concentrated  in  heavy  downpours  due  to  global  warming,   even  in  regions  experiencing  less  precipita:on  overall.    That  causes  greater  runoff  and  reduced   soil  moisture,  which  contributes  to  agricultural  drought.3    

Source: Texas  State  Climatologist The  historic  Texas  drought  drama:cally  illustrates  drying  driven  by  global  warming  and  has   incurred  to  date  nearly  $8  billion  in  agricultural  losses  alone.4  The  role  of  global  warming  in   driving  record  temperatures  that  helped  to  dry  out  the  state  has  been  fingerprinted  by  the   Texas  State  Climatologist.5    And  a  study  by  scien:sts  with  NASA  found  that  the  extreme   temperatures  were  so  unusual  that  they  would  not  have  occurred  in  the  absence  of  global   warming.6 Rising  temperatures  have  also  led  to  earlier  mel:ng  of  the  snowpack  in  the  western  United   States,  more  than  20  days  earlier  in  some  loca:ons.7  Early  snow  melt,  along  with  an  increased  


tendency for  precipita:on  to  fall  as  rain  rather  than  snow,  is  a  driver  of  drought  in  regions  that   count  on  snowpack  to  supply  water.   Elsewhere  in  the  U.S.  drama:c  swings  between  drought  and  flooding  in  the  Southeast  have   been  linked  to  changes  in  the  North  Atlan:c  Subtropical  High  driven  by  global  warming.8   Looking  Ahead The  Na:onal  Center  for  Atmospheric  Research  (NCAR)  has  found  that  within  20  to  30  years   areas  in  the  U.S.  will  face  unprecedented  drought  at  levels  far  beyond  the  worst  of  the  Dust   Bowl  in  the  1930s  if  carbon  pollu:on  con:nues  at  only  a  moderate  pace.9  NCAR  projected  that   drought  levels  in  the  U.S.,  as  measured  by  the  commonly  used  Palmer  Drought  Severity  Index,   could  reach  index  readings  of  -­‐4  to  -­‐8,  while  readings  in  the  Great  Plains  during  the  Dust  Bowl   rarely  exceeded  -­‐3.10  

Source: NCAR/Dai  et  al.  2011 Drought  and  Climate  Change:  The  Science A  drought  is  a  period  of  unusually  persistent  dry  weather  that  lasts  long  enough  to  cause   serious  problems  such  as  crop  damage  and/or  water  supply  shortages.  The  severity  of  the   drought  depends  upon  the  degree  of  moisture  deficiency,  the  dura:on,  and  the  size  of  the   affected  area.11 Drought  can  be  defined  in  several  ways:  a  meteorological  drought  is  caused  by  below  normal   precipita:on,  a  hydrological  drought  occurs  when  surface  and  subsurface  water  supplies  are   below  normal,  an  agricultural  drought  refers  to  a  situa:on  in  which  the  amount  of  moisture  in   the  soil  no  longer  meets  the  needs  of  a  par:cular  crop,  and  a  socioeconomic  drought  refers  to   13

the situa:on  that  occurs  when  physical  water  shortages  begin  to  affect  people.  All  types  of   droughts  are  expected  to  increase  in  frequency  and  severity  as  the  climate  warms.  

Very dry  areas  across  the  globe  have  doubled  in  extent  since  the  1970s.12  This  global  trend  has   been  linked  directly  to  climate  change.    Global  warming  is  both  drying  out  land  and  re-­‐working   regional  weather  paOerns  to  move  rain  even  farther  away  from  the  dry  areas  of  the  subtropical   belt.13  In  addi:on,  rain  is  becoming  increasingly  concentrated  in  heavy  downpours  due  to  global   warming,  even  in  regions  experiencing  less  precipita:on  overall,  contribu:ng  to  agricultural   drought  through  greater  runoff  and  reduced  soil  moisture.14     Precipita:on  has  increased  in  many  regions  of  the  world  and  decreased  in  others,  with  liOle  or   no  net  change  in  the  total  amount  of  precipita:on.  Generally,  over  the  past  40  years  wet  areas   have  become  weOer,  and  dry  areas  have  become  drier.  Rapid  warming  since  the  late  1970s  has   both  evaporated  large  amounts  of  moisture  from  the  land  into  the  atmosphere  and  altered   atmospheric  circula:on  paOerns,  contribu:ng  to  the  drying  over  land.15  In  par:cular,  a  long-­‐ term  drying  trend  (from  1900  to  2008)  persists  in  Africa,  East  and  South  Asia,  eastern  Australia,   southern  Europe,  northern  South  America,  most  of  Alaska,  and  western  Canada.16  Precipita:on   decreases  have  been  observed  in  the  subtropics  and  the  tropics  outside  the  monsoon  trough,   namely  the  Sahel  in  sub-­‐Saharan  Africa,  the  Mediterranean,  Southern  Africa,  and  Southern  Asia. 17


Some areas  have  experienced  widening  swings  between  the  two  precipita:on  extremes.18  For   instance,  the  summer  of  2002  in  Europe  brought  widespread  floods,  but  was  followed  a  year   later  in  2003  by  record-­‐breaking  heat  waves  and  drought.  In  the  summer  of  2007,  widespread   flooding  in  central  England  (the  weOest  since  records  began  in  1766)  was  accompanied  by   drought  and  record-­‐breaking  heat  waves  in  southeast  Europe.19 Apart  from  changes  in  precipita:on,  earlier  snow  melt  and  increased  evapora:on  from  soil  and   vegeta:on  due  to  higher  atmospheric  temperatures  also  help  to  drive  drought.    Both  of  these   factors  are  also  worsened  by  climate  change.  For  major  droughts  that  last  a  month  or  longer,   the  absence  of  moisture  means  the  loss  of  evapora:ve  cooling  and  all  hea:ng  goes  directly  into   raising  temperatures,  that  in  turn  desiccates  plants,  and  promotes  heat  waves  and  wild  fires.   This  vicious  circle  creates  a  cumula:ve  effect  that  works  to  intensify  and  prolong  droughts.   Because  the  number  of  heat  waves  worldwide  has  increased  since  1950,  and  heat  waves  have   become  longer,  it  is  more  likely  that  droughts  will  last  longer  and  become  more  severe  due  to   increased  heat.20   Rising  temperatures  have  led  to  earlier  mel:ng  of  the  snowpack  in  the  western  United  States,   more  than  20  days  earlier  in  some  loca:ons.21  Early  snow  melt,  along  with  an  increased   tendency  for  precipita:on  to  fall  as  rain  rather  than  snow,  can  be  an  important  contributor  to   drought  in  regions  that  count  on  snowpack  to  supply  water,  such  as  the  western  U.S.  and   Canada.  A  recent  study  of  water  cycle  changes  in  the  western  U.S.  aOributes  to  human   influence  up  to  60%  of  observed  climate-­‐related  trends  in  river  flow,  winter  air  temperature,   and  snow  pack  in  the  region  over  the  1950–1999  period.22

Change in  Snow  Pack  Melt.  Source:  United  States  Global  Change  Research  Program.


The global  increase  in  drier,  hoOer  areas  and  the  trend  in  which  dry  areas  are  becoming  drier   can  both  be  traced  to  the  human  influence.23  Drying  trends  have  been  observed  in  both  the   Northern  and  Southern  hemispheres  since  the  1950s.24  These  trends  cannot  be  explained  by   natural  varia:ons  but  do  fit  well  with  computer  models  of  the  climate  when  global  warming  is   added  to  these  models.25  In  par:cular,  greenhouse  gas  emissions  have  contributed  significantly   to  recent  drying  by  driving  warming  over  land  and  ocean.26 Individual  droughts  have  been  linked  to  climate  change,  such  as  the  drought  that  hit  central   India  in  2008  when  the  north-­‐south  paOern  of  precipita:on  was  disrupted  by  unusual  weather   driven  by  abnormally  high  sea  surface  temperatures  due  in  part  to  global  warming.27    The  role   of  global  warming  in  helping  to  drive  the  Texas  drought  of  2011/2012  has  also  been   fingerprinted.28 Local  weather  is  ocen  determined  by  fluctua:ons  in  large  paOerns  of  regional  atmospheric   pressure  and  sea  surface  temperatures,  such  as  the  Arc:c  and  North  Atlan:c  Oscilla:ons  and   the  El  Niño-­‐Southern  Oscilla:on  (ENSO).  Global  warming  may  alter  these  recognizable  paOerns,   which  occur  over  a  period  of  months  to  years.    For  example,  the  drama:c  swings  between   drought  and  flooding  in  the  southeastern  United  States  during  the  early  2000s  have  been  linked   to  changes  in  the  North  Atlan:c  Subtropical  High,  and  these  changes  have  been  linked  to  global   warming.29   Looking  Ahead The  Na:onal  Center  for  Atmospheric  Research  has  found  that  within  20  to  30  years  areas  in  the   U.S.  will  face  unprecedented  drought  at  levels  far  beyond  the  worst  of  the  Dust  Bowl  in  the   1930s  if  carbon  pollu:on  con:nues  at  only  a  moderate  pace.30  NCAR  projected  that  drought   levels  in  the  U.S.,  as  measured  by  the  commonly  used  Palmer  Drought  Severity  Index,  could   reach  index  readings  of  -­‐4  to  -­‐8,  while  readings  in  the  Great  Plains  during  the  Dust  Bowl  rarely   exceeded  -­‐3.31



Dai 2011

2 Dai  2011,  Trenberth  2011 3  Dai  2011

4 USA  Today,  March  22,  2012 5  Nielsen-­‐Gammon  2011 6  Hansen  et  al  2012 7  Karl  et  al.  2009 8  Li  et  al.  2010 9  Dai  2011

10 Guan  2005

11 NOAA  Drought  FAQ 12  Dai  2011

13 Dai  2011;  Trenberth  2011 14  Dai  2011

15 Trenberth  2011;  Durack  2012 16  Dai  2011

17 Trenberth  et  al.  2007;  Trenberth  2011 18  Trenberth  et  al.  2007 19  Trenberth  2011

20 Trenberth  et  al.  2007 21  Karl  et  al.  2009

22 StoO  el  al.  2010 23  StoO  2010

24 Gutowski  et  al.  2008 25  Gutowski  et  al.  2008 26  Dai  2011

27 Rao  et  al.  2010

28 Hansen  et  al.  2012;  Nielsen-­‐Gammon  2011 29  Li  et  al.  2010 30  Dai  2011

31 Guan  2005


Rain and Snow One of  the  clearest  changes  in  the  weather  across  the  U.S.  is  the  increasing  frequency  and   intensity  of  heavy  rain  and  snow.1  In  the  Northeast,  especially,  the  amount  of  precipita:on   falling  in  the  heaviest  1%  of  events  has  increased  67%  over  the  last  50  years.2   As  the  atmosphere  warms  it  holds  more   moisture.  So  when  it  rains,  it  pours  out   of  the  sky  as  if  emptying  out  of  a  larger   bucket.  Snowfall,  too,  is  heavier  as  a   result.3     Storms  supplied  with  increasing   moisture  are  widely  observed  to  be   producing  heavier  rain  and  snow.4    The   Na:onal  Oceanic  and  Atmospheric   Administra:on  (NOAA)  reports  that  the   record-­‐breaking  rainfall  dumped  by   Hurricane  Irene  was  the  main  impact  of   the  storm  in  the  United  States,  where   flooding  and  other  damage  totaled  over   $15  billion.5 The  fingerprint  of  global  warming  has   been  firmly  documented  in  the  shic   toward  extreme  precipita:on  observed   in  the  northern  hemisphere.6  And  the   regional  trend  here  in  the  U.S.  follows   the  larger  trend;  we  have  witnessed  a   20%  increase  in  the  amount  of   precipita:on  falling  in  the  heaviest   downpours  over  the  past  century.7  

Flooding: Hurricane  Irene.  Credit:  The  Wilmington.

In addi:on  to  concentra:ng  rain  and  snowfall  into  heavier  events,  climate  change  also  has   drama:cally  reworked  the  paOern  of  wet  and  dry  areas  around  the  world.  Dry  areas  are   becoming  drier  and  wet  areas  weOer.8  Mid-­‐la:tude  areas,  such  as  the  U.S.  Midwest  and   Northeast,  have  experienced  an  increase  in  total  precipita:on,  while  sub-­‐tropical  areas,  such  as   the  U.S.  Southeast  and  Southwest,  have  experienced  a  sharp  decrease.9    As  a  result  the  risk  of   both  drought  and  flooding  is  increasing  with  global  warming.10 Looking  Ahead If  global  warming  con:nues,  the  intensity  of  the  heaviest  rain  and  snow  in  the  United  States  is   expected  to  increase  even  further,  by  another  40%  over  the  coming  years.11


Rain, Snow  and  Climate  Change:  The  Science The  water  holding  capacity  of  the  atmosphere  increases  in  a  warmer  world.  And  a  4%  increase   in  atmospheric  moisture  has  been  observed,  consistent  with  a  warming  climate.12   Storms  reach  out  to  gather  water   vapor  over  regions  that  are  10  to  25   :mes  as  large  as  the  precipita:on   area,  mul:plying  the  effect  of   increased  atmospheric  moisture.  As   water  vapor  condenses  to  form   clouds  and  rain,  it  releases  heat   energy  that  adds  buoyancy  to  the  air   and  fuels  the  storm.  This  increases   the  gathering  of  moisture  into  storm   clouds  and  further  intensifies   precipita:on.  As  a  result,  storms  are   producing  more  intense   precipita:on,  both  rain  and  snow.13  

Increasing Heavy  Rain  and  Snow.  Source:  Global   Climate  Change  Impacts  in  the  United  States.  U.S.   Global  Climate  Change  Research  Program.

The increased  moisture  in  the   atmosphere  is  driving  the  shic  to   heavier  but  less  frequent  rains  —   “when  it  rains,  it  pours.”  While  an   atmosphere  that  holds  more   moisture  has  greater  poten:al  to   produce  heavier  precipita:on,   precipita:on  events  also  become   less  frequent,  as  it  takes  longer  to   recharge  the  atmosphere  with   moisture.14  By  analogy,  a  larger   bucket  holds  and  dumps  more   water,  but  takes  longer  to  refill.   Even  in  areas  where  the  total   precipita:on  has  decreased,   increases  in  heavy  precipita:on   have  been  observed.15

Total precipita:on  has  increased  in  many  regions  of  the  world  and  decreased  in  others,  with   liOle  or  no  net  change  in  the  total  amount  of  global  precipita:on.  Drought  has  increased,   consistent  with  expecta:ons  for  a  warming  climate.  Generally,  wet  areas  have  become  weOer,   and  dry  areas  have  become  drier  in  the  past  40  years.16  


Contiguous U.S. Extremes in 1-Day Precipitation (Step 4*) Annual (January-December) 1910-2011

Extreme PrecipitaFon  Trend,  USA.  Source:  NaFonal  ClimaFc  Data  Center

Increasing 90-­‐day  Extreme  PrecipitaFon.  Source:  Weather  and  Climate  Extremes  in  a  Changing   Climate,  U.S.  Climate  Change  Science  Program


The higher  la:tudes  have  become  weOer  in  recent  years,  due  mainly  to  the  warmer  air  holding   more  moisture  and  in  part  to  altera:ons  in  atmospheric  circula:on  driven  by  climate  change.   The  subtropics  and  parts  of  the  tropics  have  become  drier  as  winds  carry  the  moisture  away  to   the  monsoon  rain   areas  or  to  mid-­‐ la:tude  storms.17 Some  areas  have   experienced   widening  swings   between  the  two   precipita:on   extremes.18  For   instance,  the   summer  of  2002  in   Europe  brought   widespread   floods,  but  was   followed  a  year   later  in  2003  by   record-­‐breaking   heat  waves  and   drought.  In  the   summer  of  2007,   widespread   flooding  in  central   England  (the   Drought  Wet  Extremes  Trend,  USA.  Source:  NaFonal  ClimaFc  Data  Center weOest  since   records  began  in   1766)  was  accompanied  by  drought  and  record-­‐breaking  heat  waves  in  southeast  Europe.19 In  the  more  northern  regions,  more  precipita:on  falls  as  rain  rather  than  snow.  The  liquid-­‐ precipita:on  season  has  become  longer  by  up  to  three  weeks  in  some  regions  of  the  boreal   high  la:tudes  over  the  last  50  years  owing,  in  par:cular,  to  an  earlier  onset  of  spring.20   Natural  variability  cannot  explain  the  observed  changes  in  the  intensity  or  geographic   distribu:on  of  precipita:on.  The  observed  changes  follow  from  basic  physical  principles  of   global  warming  and  are  consistent  with  a  combina:on  of  natural  factors  and  human  influence. 21  Human-­‐induced  increases  in  greenhouse  gases  have  contributed  to  the  observed   intensifica:on  of  heavy  precipita:on  events  found  over  approximately  two-­‐thirds  of  Northern   Hemisphere  land  areas.22 In  the  United  States,  total  average  precipita:on  has  increased  by  about  7%  in  the  past  century,   while  the  amount  of  precipita:on  falling  in  the  heaviest  1%  of  rain  events  has  increased  20%.   Regions  such  as  the  Northeast  and  Midwest  have  seen  considerably  larger  increases  in  the   heaviest  rains.23


1 Karl  et  al.  2009 2  Karl  et  al.  2009

3 Trenberth  et  al.  2007;  Trenberth  2011;    Seneviratne  et  al.  2012 4  Trenberth  2011  

5 Lixion  and  Cangialosi  2011.

6 StoO  et  al.  2010,  Minn  et  al.  2011,  Seneviratne  et  al.  2012 7  Karl  et  al.  2009

8 Trenberth  2011,  Seneviratne  et  al.  2012 9  Trenberth  2011

10 Trenberth  2011,  Seneviratne  et  al.  2012 11  Karl  et  al.  2009

12 Trenberth  et  al.  2007 13  Trenberth  2011 14  Trenberth  2011 15  Trenberth  2011

16 Trenberth  et  al.  2007,  Trenberth  2011 17  Trenberth  2011

18 Trenberth  et.  al.  2007 19  Trenberth  2011

20 Trenberth  et  al.  2007

21  Trenberth  et  al.  2007,  Trenberth  2011

22 Min,  et  al.  2011,  Seneviratne  et  al.  2012 23  Karl  et  al.  2009


Flooding Globally, an  increase  in  heavy  precipita:on  has  contributed  to  flooding,  a  paOern  that  has  been   observed  around  the  world.1   Several  catastrophic  floods  have  hit  the  U.S.  in  recent  years,  including  the  record-­‐breaking  flood   in  Nashville,  Tennessee,  in  2010  and  the  devasta:ng  floods  spawned  by  Hurricane  Irene  in   Connec:cut,  New  York,  Vermont  and  elsewhere  in  2011.  The  Nashville  deluge  was  off  the   charts,  described  by  the  Army  Corp  of  Engineers  as  a  “thousand-­‐year  flood.”2  The  two-­‐day   rainfall  total  at  Nashville  Interna:onal  Airport  exceeded  the  monthly  rainfall  record  for  that   en:re  month.  The  heaviest  rainfall  occurred  in  a  swath  across  several  coun:es  where  the   equivalent  of  420  billion  gallons  of  water  fell  in  just  two  days.3

Flooding in  the  District  in  Nashville,  TN.    May  3,  2010.    Photo  credit:  Stephen  Yeargin. Flooding  occurs  for  a  host  of  reasons,  many  of  which  can  be  aOributed  to  human  influence  and   ac:vity.  Deforesta:on,  changes  in  land  use,  and  heavy  precipita:on  events  linked  to  a  changing   climate  are  all  causes  of  exacerbated  flooding  around  the  world.4

As the  atmosphere  warms,  it  holds  more  moisture.  So  when  it  rains,  it  pours  out  of  the  sky  as  if   emptying  out  of  a  larger  bucket.  Heavy  downpours  ocen  saturate  drainage  systems  and  excess   water  cannot  be  absorbed,  promp:ng  an  increase  in  runoff  and  therefore,  flooding.5  Regional   shics  in  precipita:on  can  also  increase  the  risk  of  flooding  by  raising  water  table  levels,  as  has   been  seen  in  the  northeastern  United  States.6 The  fingerprint  of  global  warming  has  been  firmly  documented  in  the  shic  toward  extreme   precipita:on  observed  in  the  Northern  Hemisphere.7  And  the  regional  trend  here  in  the  U.S.   follows  the  larger  trend;  we  have  witnessed  a  20%  increase  in  the  amount  of  precipita:on   falling  in  the  heaviest  downpours  over  the  past  century.8   Flooding  in  large  river  basins,  such  as  the  Mississippi,  are  caused  by  extreme  precipita:on   events  persis:ng  for  weeks  or  even  months.  Record-­‐breaking  Mississippi  flooding  occurred  in   2011  in  associa:on  with  very  heavy  sustained  rains  and  was  followed  by  extensive  flooding  in   the  Missouri  River  basin  due  to  heavy  rain  and  snowmelt.  Such  long-­‐term  heavy  precipita:on   events  are  becoming  more  common.  In  the  U.S.,  90-­‐day  periods  of  heavy  rainfall  were  20%   more  common  from  1981  to  2005  than  in  any  25-­‐year  period  on  record.9    The  long  periods  of   sustained  rain  in  the  upper  Midwest  are  also  consistent  with  the  shic  of  the  mid-­‐la:tude  rain   belt,  pushed  northward  by  changes  in  atmospheric  circula:on  driven  by  global  warming.10 Similar  to  the  Mississippi  and  Missouri  River  basin  flooding  events,  the  record  floods  in   Nashville  (2010),  Pakistan  (2010),  Australia  (2010),  and  Vermont  (2011)  were  all  consistent  with   human-­‐influenced  changes  in  global  precipita:on  paOerns  and  trends.11     Flooding  and  Climate  Change:  The  Science Heavy  precipita:on  contributes  to  increased  flooding,  a  paOern  that  has  been  observed  around   the  world,12  and  the  frequency  of  great  floods  (100-­‐year  floods  in  large  basins)  has  increased   over  the  course  of  the  20th  century.13 A  4%  increase  in  atmospheric  moisture  has  been  observed,  consistent  with  a  warming  climate. 14  The  increased  moisture  in  the  atmosphere  is  driving  the  shic  to  heavier  but  less  frequent   rains  —  “when  it  rains,  it  pours.”  In  turn,  this  increases  the  risk  of  flooding.15 Storms  reach  out  to  gather  water  vapor  over  regions  that  are  10  to  25  :mes  as  large  as  the   precipita:on  area,  mul:plying  the  effect  of  increased  atmospheric  moisture.  As  water  vapor   condenses  to  form  clouds  and  rain,  it  releases  heat  energy  that  adds  buoyancy  to  the  air  and   fuels  the  storm.  This  increases  the  gathering  of  moisture  into  storm  clouds  and  further   intensifies  precipita:on.16  

Source: NRDC While an   atmosphere   that   holds   more   moisture   has   greater   poten:al   to   produce   heavier   precipita:on,  precipita:on  events  also  become  less  frequent,  as  it  takes  longer  to  recharge  the   atmosphere  with   moisture.17   By   analogy,   a  larger   bucket   holds  and  dumps  more  water,   but   takes   longer   to   refill.   Even  in  areas   where  the  total   precipita:on  has  decreased,   increases  in   heavy  precipita:on  have  been  observed.18 Natural  variability  cannot  explain  the  observed  changes  in  the  intensity  or  geographic   distribu:on  of  precipita:on.  The  observed  changes  follow  from  basic  physical  principles  of   global  warming  and  are  consistent  with  a  combina:on  of  natural  factors  and  human  influence. 19  Human-­‐induced  increases  in  greenhouse  gases  have  contributed  to  the  observed   intensifica:on  of  heavy  precipita:on  events  found  over  approximately  two-­‐thirds  of  Northern   Hemisphere  land  areas.20 Steady  moderate  rains  soak  into  the  soil,  while  the  same  rainfall  amounts  in  a  short  period  of   :me  may  cause  local  flooding  and   runoff.  Runoff,  or  the  surface  water  lec  over  when  the  land   cannot   soak   up   any   more,   has  also   increased   in   many   parts  of   the   world,   consistent   with   changes  in  precipita:on.  Regional  shics  in  precipita:on  can  also  increase  the  risk  of  flooding  by   raising  water  table  levels,  as  has  been  seen  in  the  northeastern  United  States.21  

The warming  climate  is  increasing  the  risks  of  both  flood  and  drought,  but  at  different  :mes  or   in  different   places.22   For   instance,  the  summer   of   2002   in  Europe  brought   widespread  floods,   but  was  followed  a  year  later  in  2003  by  record-­‐breaking  heat  waves  and  drought.  Similarly,  the   summer   of   2007   in   England   saw   widespread   flooding   while   southeast   Europe   experienced   record-­‐breaking   heat.23   Because   more   precipita:on   occurs   as   rain   instead   of   snow   with   warming,  and  snow  melts  earlier,  there  is  increased  runoff   and  risk  of   flooding  in  early   spring,   but  increased  risk  of  drought  in  deep  summer,  especially  over  con:nental  areas.24   Flooding  in  large  river   basins  is  ocen  aOributed  to  extreme  precipita:on  events  sustained  for   weeks  or   even   months.   In   spring,   heavy   rains  on  top   of   snow   can   contribute   to   flooding   in   northern   regions.   In   the  more  northern   regions,   more  precipita:on   falls  as  rain  rather   than   snow.  The  liquid-­‐precipita:on   season  has  become  longer  by  up  to  3  weeks  in  some  regions  of   the  boreal  high  la:tudes  over  the  last  50  years  owing,   in  par:cular,  to  an  earlier   onset  of  spring. 25   Long-­‐term,   heavy   precipita:on   episodes  are  becoming   more  common  in   some  areas.   In  the   U.S.,  90-­‐day  periods  of  heavy  rainfall  were  20%  more  common  from  1981   to   2005   than  in  any   earlier   25-­‐year  period  on  record.  26   The  long  periods  of  sustained  rain   in  the  upper  Midwest   in   2011,   for   example,   are   also   consistent   with   the  shic   of   the   mid-­‐la:tude   rain   belt,   pushed   northward  by  changes  in  atmospheric  circula:on  driven  by  global  warming.27

1 Parry  et  al.  2007

2 KNOX  News,  May  6,  2010.    

3  NOAA,  2010  “Epic  Flood  Event  for  Western  and  Middle  Tennessee” 4  Trenberth  2011 5  Trenberth  2011

6 Weidner  and  BouO,  2010

7 StoO  et  al.  2010,  Minn  et  al.  2011,  Seneviratne  et  al.  2012 8  Karl  et  al.  2009

9 Kunkel  et  al.  2008 10  Trenberth  2011

11 Ash  2011,  Asrar  2010,  and  Trenberth  2010 12  Parry  et  al.  2007 13  Milly  2002

14 Trenberth  et  al.  2007 15  Trenberth  2011 16  Trenberth  2011 17  Trenberth  2011 18  Trenberth  2011

19 Trenberth  et  al.  2007,  Trenberth  2011

20 Min,  et  al.  2011,  Seneviratne  et  al.  2012 21  Weider  and  BouO  2010 22  Trenberth  2011 23  Trenberth  2011 24  Trenberth  2011

25 Trenberth  et  al.  2007 26  Kunkel  el  al.  2008 27  Trenberth  2011

Tornadoes Tornado ac:vity  in  the  U.S.  has  spiked  in  recent  years,  sparking  a  debate  about  the  connec:on   to  climate  change.1

Tornado Damage,  Birmingham,  AL,  April  27,  2011.  Image  Credit:  Mark  Schnackenberg   The  2011  Dixie  outbreak  produced  the  largest  swarm  of  tornadoes  on  record  (175)  and  ranked   as  the  deadliest  outbreak  of  the  modern  era.2    Seven  tornado  outbreaks  in  2011  each  incurred   over  a  billion  dollars  in  damages  for  a  total  of  $28.7  billion.3 Early-­‐season  tornado  ac:vity  in  2012  ran  well  ahead  of  average.4      Last  year  (2011)  was  the   second  most  ac:ve  year  on  record,  while  2004  ranked  as  the  all-­‐:me  most  ac:ve  year.5   Meteorologists  have  noted  that  in  recent  years  tornadoes  have  appeared  well  north  of  their   usual  zones  and  have  also  been  unusually  intense  early  in  the  calendar  year.6  "This  year's  early   start  to  tornado  season  is  consistent  with  what  we  would  expect  from  a  warming  climate,"   notes  Dr.  Jeff  Masters.7 This  year  Nebraska  reported  its  first  ever  tornadoes  in  February.8  The  powerful  twister  that  hit   Dexter,  Michigan,  was  the  earliest  EF3  tornado  in  the  northern  state’s  history,9  and  in  2007   Canada  recorded  its  first  F5  tornado,  the  most  powerful  under  the  Fujita  scale,  ever.     February  of  2012  was  the  fich  most  ac:ve  February  in  the  modern  record,  while  February  of   2008  was  the  most  ac:ve  and  February  of  2010  the  fourth  most  ac:ve.10    


However, extremely  uneven   records  from  prior  decades   make  it  difficult  to  draw  any   conclusions  about  long-­‐term   trends  in  tornado  ac:vity.   The  Na:onal  Science  and   Technology  Council  notes   that  trends  “cannot  be   determined  at  the  present   Fme  due  to  insufficient   evidence."11     Is  global  warming  influencing   tornadoes?  According  to  the   Na:onal  Oceanic  and   Atmospheric  Administra:on   Image  Credit:  NOAA (NOAA),  the  best  answer  is:   “We  don't  know.”12     However  some  scien:sts  are  poin:ng  out  that  the  recent  spike  in  tornado  forma:on  is   consistent  with  the  warmer,  weOer  world  brought  forward  by  climate  change.13 Looking  Ahead The  most  recent  study  on  tornadoes  and  climate  change,  published  in  Natural  Hazards,  found   that  F2  and  stronger  US  tornado  days  –  a  day  with  at  least  one  recorded  F2  tornado  -­‐-­‐  will   increase  under  global  warming  and  that  majority  of  this  increase  is  likely  to  be  manifested  in   the  earlier  part  of  the  tornado  season.14 Tornadoes  and  Climate  Change:  The  Science Tornado  ac:vity  in  the  U.S.  has  spiked  in  recent  years.  Last  year  (2011)  was  the  second  most   ac:ve  year  on  record,  while  2004  ranked  as  the  all-­‐:me  most  ac:ve  year.15   Meteorologists  have  also  noted  that  tornadoes  in  recent  years  have  appeared  well  north  of   usual  and  have  been  unusually  intense  early  in  the  calendar  year.16   February  of  2012  was  the  fich  most  ac:ve  February  in  the  modern  record  while  February  of   2008  was  the  most  ac:ve  and  February  of  2010  the  fourth  most  ac:ve.17    The  five  largest  early-­‐ season  two-­‐day  outbreaks  have  all  occurred  since  1997,  and  three  of  the  top  five  outbreaks   occurred  in  the  last  four  years.18   According  to  some  climate  scien:sts,  such  earlier-­‐than-­‐normal  outbreaks  of  tornadoes,  which   typically  peak  in  the  spring,  will  become  the  norm  as  the  planet  warms.  "As  spring  moves  up  a   week  or  two,  tornado  season  will  start  in  February  instead  of  waiFng  for  April,"  reports   climatologist  Kevin  Trenberth  of  the  Na:onal  Center  for  Atmospheric  Research.19


Is global  warming  currently  influencing  tornadoes?  According  to  NOAA,  the  best  answer  is:  “We   don't  know.”20 Changes  in  observa:on  techniques  and  extremely  uneven  record  keeping  in  prior  decades   makes  it  difficult  to  draw  conclusions  about  the  current  long-­‐term  trends  in  tornado  ac:vity.   The  Na:onal  Science  and  Technology  Council  notes  that  trends  “cannot  be  determined  at  the   present  Fme  due  to  insufficient  evidence."21    There  is  low  confidence  in  observed  trends   because  of  apples-­‐to-­‐oranges  comparisons  in  the  data  and  inadequacies  in  monitoring  systems. 22  The  tornado  record  in  the  U.S.  displays  an  increasing  trend  that  mainly  reflects  increased   popula:on  density  and  increased  numbers  of  people  in  remote  areas.  Such  trends  increase  the   likelihood  that  tornadoes  are  observed  and  reported.23   While  we  cannot  say  for  certain  that  global  warming  is  helping  to  fuel  early-­‐season  outbreaks  of   tornadoes,  we  can  see  how  the  recent  spike  in  tornado  forma:on  is  consistent  with  the   warmer,  weOer  world  that  climate  change  has  already  brought.  Trenberth  notes: “Tornadoes  come  from  thunderstorms  in  a  wind  shear  environment.    This  occurs  east  of  the   Rockies  more  than  anywhere  else  in  the  world.    The  wind  shear  is  from  southerly  flow  from  the   Gulf  overlaid  by  westerlies  alo[  that  have  come  over  the  Rockies.    That  wind  shear  can  be   converted  to  rotaFon.    The  basic  driver  of  thunderstorms  is  the  instability  in  the  atmosphere:   warm  moist  air  at  low  levels  with  drier  air  alo[.    With  global  warming  the  low  level  air  is  warm   and  moister  and  there  is  more  energy  available  to  fuel  all  of  these  storms  and  increase  the   buoyancy  of  the  air  so  that  thunderstorms  are  strong.    There  is  no  clear  research  on  changes  in  


shear related  to  global  warming.      On  average  the  low  level  air  is  1  deg  F  and  4  percent  moister   than  in  the  1970s.”24 Looking  Ahead There  is  low  confidence  in  projec:ons  of  changes  in  tornadoes  because  of  limited  studies  and   the  inability  of  climate  models  to  simulate  tornadoes.  In  addi:on,  it  is  not  known  which  of  the   different  factors  that  control  tornado  forma:on  will  predominate  in  the  future.25 However,  while  climate  models  cannot  simulate  tornadoes  or  individual  thunderstorms,  they   can  indicate  broad-­‐scale  shics  in  three  of  the  four  favorable  ingredients  for  severe   thunderstorms  (moisture,  atmospheric  instability  and  wind  shear).26  Con:nued  growth  in   atmospheric  greenhouse  gas  concentra:ons  may  cause  some  of  the  atmospheric  condi:ons   conducive  to  tornadoes  (moisture  and  atmospheric  instability)  to  increase  even  further  due  to   rising  temperature  and  humidity,  while  others  such  as  ver:cal  shear  may  decrease  due  to  a   reduced  pole-­‐to-­‐equator  temperature  gradient.27  The  other  key  ingredient  (storm-­‐scale  lic)   depends  mostly  on  day-­‐to-­‐day  paOerns,  and  ocen,  even  minute-­‐to-­‐minute  local  weather.28 However,  over  most  of  the  United  States,  the  increase  in  the  power  of  thunderstorms  is   expected  to  more  than  compensate  for  the  rela:ve  decreases  in  shear.29    Moreover,  while   shear  may  decrease,  it  is  expected  to  ocen  remain  above  the  threshold  cri:cal  for  tornado   forma:on.30  As  a  result,  the  environment  would  s:ll  be  considered  favorable  for  severe   convec:on  of  the  kind  that  creates  tornadoes.31  The  number  of  days  when  condi:ons  exist  to   form  tornadoes  is  expected  to  increase  as  the  world  warms.  Regions  near  the  Gulf  of  Mexico   and  Atlan:c  coasts  not  normally  associated  with  tornadoes  will  experience  tornado-­‐making   weather  more  frequently.  For  instance,  a  doubling  in  the  number  of  days  with  such  condi:ons   in  Atlanta  and  New  York  City  is  projected.32 The  most  recent  study  on  tornadoes  and  climate  change,  published  in  Natural  Hazards,  finds   that  F2  and  stronger  US  tornado  days  –  a  day  when  at  least  one  F2  tornado  is  recorded  -­‐-­‐  will   increase  under  global  warming  and  that  the  majority  of  this  rise  is  likely  to  be  manifested  in  the   earlier  part  of  the  tornado  season.33


1 Romm  2012

2 NOAA  Tornado  FAQ  

3 NCDC  Billion  Dollar  U.S.  Weather/Climate  Disasters 4  NOAA  Storm  Predic:on  Center 5  NOAA  Storm  Predic:on  Center 6  Ostro  2011

7 USA  Today,  March  5,  2012

8 WWOT  News,  February  29,  2012 9  Masters  2012

10 NOAA  Na:onal  Clima:c  Data  Center  Tornado  Counts 11  Na:onal  Science  and  Technology  Council,  2008 12  NOAA  Tornado  FAQ 13  Romm  2012

14 Cameron  2011

15 NOAA  Storm  Predic:on  Center 16  Ostro  2011

17 NCDC  U.S.  February  Tornadoes 18  Masters  2012

19 Trenberth  2012a

20 NOAA  Tornado  FAQ  

21 Na:onal  Science  and  Technology  Council  2008 22  Seneviratne  et  al.  2012

23 Trenberth  et  al.,  2007;  Kunkel  et  al.,  2008 24  Trenberth  2011a

25 Seneviratne  et  al.  2012 26  NOAA  Fact  Sheet

27 Seneviratne  2012 28  NOAA  Fact  Sheet 29  Trapp  2007

30 Trenberth  2012a 31  Trapp  2007 32  Trapp  2007 33  Lee  2011


Hurricanes Global warming  is  already  affec:ng  hurricanes,  loading  them  with  addi:onal  moisture,  making   for  more  intense  rainfall.1    Hurricanes  Katrina  and  Ivan,  for  example,  carried  significant   increases  in  rainfall  due  to  climate  warming,  and  in  the  case  of  Katrina  the  increase  may  have   contributed  to  the  breach  of  the  levees  in  New  Orleans.2       NOAA  reports  that  the   record-­‐breaking  rainfall   dumped  by  Hurricane  Irene   was  the  main  impact  of  the   storm  in  the  United  States,   where  flooding  and  other   damage  totaled  over  $15   billion.3

Hurricane Irene.  Image  Credit:  NASA

Substan:al evidence  also   indicates  that  global   warming  may  be  responsible   for  the  recent  increasing   intensity  of  Atlan:c   hurricanes,4  increasing  their   size5  and  contribu:ng  to  a   lengthening  hurricane   season.6    Out  of  the  11  most   intense  North  Atlan:c   hurricanes  ever  recorded,   five  have  occurred  in  the  last   eight  years  (Wilma,  Rita,   Katrina,  Dean  and  Ivan).7   However,  the  incomplete   historical  record  makes  it   difficult  to  confidently  assess   the  nature  of  these  trends.8    

Beyond these  changes,  hurricanes  storm  surges  now  ride  higher  upon  coastal  seas  that  have   risen  over  the  last  century  due  to  global  warming,  amplifying  losses  where  the  surge  strikes.9 Looking  Ahead There  is  a  strong  scien:fic  consensus  that  the  most  intense  Atlan:c  hurricanes  will  become   more  frequent  in  the  coming  decades  if  carbon  pollu:on  con:nues  to  grow  at  a  moderate  rate. 10    The  increase  in  damages  to  due  climate  change  will  rise  to  an  average  of  over  $40  billion  per   year,  as  stronger  hurricanes  are  exponen:ally  more  destruc:ve  than  weaker  storms.11  


Observed Fme  series  of  Cat  4-­‐5  hurricane  counts  from  the   1944  through  the  2008  hurricane  seasons  as  contained  in  the   AtlanFc  HURDAT  database  (S6).   Source:  Bender  et  al.  2010

Source: Bender  et  al.  2010 34

1 Trenberth  2011

2 Trenberth,  Davis,  and  Fasullo  2007 3  Lixion  and  Cangialosi  2011

4 Karl  et  al.  2009;  Knutsen  et  al.  2010;  Evan  2012 5  Trenberth,  Davis,  and  Fasullo  2007 6  Kossin  2008

7 Na:onal  Hurricane  Center  2012 8  Knutsen  et  al.  2010

9 Hoffman  et  al.  2010

10 Knutsen  et  al.  2010

11 Mendelsohn  et  al.  2012


References Ash, Andrew,  2011:  Coincidence  or  climate  change?  Australian  Broadcas:ng  News.  February  3,   2011. Asrar,  G.,  2010:  Is  the  Flooding  in  Pakistan  a  Climate  Change  Disaster? DevastaFng  flooding  in  Pakistan  may  foreshadow  extreme  weather  to  come  as  a  result  of  global   warming.  Scien:fic  American.  August  18,  2010.­‐the-­‐8looding-­‐in-­‐pakist Chris:dis,  N.,  P.A.  StoO,  and  S.  Brown,  2011:  The  role  of  human  ac:vity  in  the  recent  warming   of  extremely  warm  day:me  temperatures.  Journal  of  Climate  doi:10.1175/2011JCLI4150.1 hOp:// Dai,  A.  2011:  Drought  under  global  warming:  a  review.  Wiley  Interdisciplinary  Reviews:  Climate   Change,  2:  45–65.  doi:  10.1002/wcc.81 Duffy,  P.  B.,  and  C.  Tebaldi,  2012:  "Increasing  prevalence  of  extreme  summer  temperatures  in   the  U.S.,"  ClimaFc  Change,  2012;  111  (2):  487  DOI:  10.1007/s10584-­‐012-­‐0396-­‐6 Durack,  P.,  Wijffels  S.,  and  R.  Matear,  20120:  Ocean  Salini:es  Reveal  Strong  Global  Water  Cycle.   Science  27  April  2012:  455-­‐458.  hjp:// Dutzik  and  Willcox,  2012::  In  the  Path  of  the  Storm.    Global  Waming,  Extreme  Weather  and  the   Impacts  of  Weather-­‐Related  Disasters  in  the  United  States.    Environment  America,  2012. Evan,  A.  2012:  Aerosol  and  Atlan:c  aberra:ons.    Nature.  April  12,  2012.  Doi:10.1038/nature   11037.  hOp:// Guan,  B.,  2005:  Looking  for  the  cause  of  the  1930s  Dust  Bowl.  Department  of  Atmospheric  &   Oceanic  Science.  University  of  Maryland.  2005  hOp:// bguan_final.pdf Gutowski,  W.J.,  G.C.  Hegerl,  G.J.  Holland,  T.R.  Knutson,  L.O.  Mearns,  R.J.  Stouffer,  P.J.  Webster,   M.F.  Wehner,  F.W.  Zwiers,  2008:  Causes  of  Observed  Changes  in  Extremes  and  Projec:ons  of   Future  Changes  in  Weather  and  Climate  Extremes  in  a  Changing  Climate.  Regions  of  Focus:   North  America,  Hawaii,  Caribbean,  and  U.S.  Pacific  Islands.  T.R.  Karl,  G.A.  Meehl,  C.D.  Miller,  S.J.   Hassol,  A.M.  Waple,  and  W.L.  Murray  (eds.).  A  Report  by  the  U.S.  Climate  Change  Science   Program  and  the  SubcommiOee  on  Global  Change  Research,  Washington,  DC. Hansen,  Sato,  and  Ruedy,  2012:  Percep:ons  of  Climate  Change: The  New  Climate  Dice.  SubmiOed.  Proceedings  of  the  NaFonal  Academy  of  Science.  hOp://


Hoeppe, P.,  2012:  The  Risks  of  Climate  Change.    Munch  RE  2012. hOp://www.carsoncenter.uni-­‐ 2012/120000_lunch:me_colloquium/hoeppe_lc_sose12/index.html Hoerling,  M.,  J.  Eischeid,  X.  Quan,  and  T.  Xu,  2007:  Explaining  the  record  2006  US  warmth.   Geophys.  Res.  Lejers,  34,  doi:10.1029/2007GL030643.  hOp:// releases2007/aug07/noaa07-­‐045.html Hoffman,  R.,  P.  Dailey,  S.  Hopsch,  R.  Ponte,  K.  Quinn,  E.  Hill,  and  B.  Zachry,  2010:  An  Es:mate  of   Increases  in  Storm  Surge  Risk  to  Property  from  Sea  Level  Rise  in  the  First  Half  of  the  Twenty-­‐ First  Century.  Wea.  Climate  Soc.,  2,  271–293.   doi:  hOp://   Karl,  T.R.,  G.A.  Meehl,  T.C.  Peterson,  K.E.  Kunkel,  W.J.  Gutowski,  Jr.,  D.R.  Easterling,  2008:   Execu:ve  Summary  in  Weather  and  Climate  Extremes  in  a  Changing  Climate.  Regions  of  Focus:   North  America,  Hawaii,  Caribbean,  and  U.S.  Pacific  Islands.  T.R.  Karl,  G.A.  Meehl,  C.D.  Miller,  S.J.   Hassol,  A.M.  Waple,  and  W.L.  Murray  (eds.).  A  Report  by  the  U.S.  Climate  Change  Science   Program  and  the  SubcommiOee  on  Global  Change  Research,  Washington,  DC. Karl,  T.R.,  G.A.  Meehl,  and  T.C.  Peterson,  2009:  Global  Climate  Change  Impacts  in  the  United   States.  Cambridge  University  Press,  2009.

KNOX News,  May  6,  2010: Knoxville's  height  would  help  if  city  were  hit  by  a  Nashville-­‐like  flood hOp://­‐a-­‐1000-­‐year-­‐event/ Knutson,  T.,  J.  McBride,  J.  Chan,  K.  Emanuel,  G.  Holland,  C.  Landsea,  I.  Held,  J.  Kossin,  A.   Srivastava,  and  M.  Sugi,  2010:  Tropical  cyclones  and  climate  change.  Nature  Geosci  2010  hOp://  hOp:// ngeo779_S1.html Kossin,  J.  P.,  2008:  Is  the  North  Atlan:c  hurricane  season  ge=ng  longer?  Geophys.  Res.  Lej.,  35,   L23705,  doi:10.1029/2008GL036012 Kunkel,  K.E.,  P.D.  Bromirski,  H.E.  Brooks,  T.  Cavazos,  A.V.  Douglas,  D.R.  Easterling,  K.A.  Emanuel,   P.Ya.  Groisman,  G.J.    Holland,  T.R.  Knutson,  J.P.  Kossin,  P.D.  Komar,  D.H.  Levinson,  and  R.L.   Smith,  2008:  Observed  changes  in  weather  and  climate  extremes.  In:  Weather  and  Climate   Extremes  in  a  Changing  Climate:  Regions  of  Focus:  North  America,  Hawaii,  Caribbean,  and  U.S.   Pacific  Islands  [Karl,  T.R.,  G.A.  Meehl,  C.D.  Miller,  S.J.  Hassol,  A.M.  Waple,  and  W.L.  Murray   (eds.)].  Synthesis  and  Assessment  Product  3.3.  U.S.  Climate  Change  Science  Program,   Washington,  DC,  pp.  35-­‐80. Lee,  C.,  2011:  U:lizing  synop:c  climatological  methods  to  assess  the  impacts  of  climate  change   on  future  tornado-­‐favorable  environments.  Natural  Hazards   2011,  DOI:  10.1007/s11069-­‐011-­‐9998-­‐y hOp://


Li, W.,  L.  Li,  R.  Fu,  Y.  Deng,  and  H.  Wang,  2010:  Changes  to  the  North  Atlan:c  Subtropical  High   and  Its  Role  in  the  Intensifica:on  of  Summer  Rainfall  Variability  in  the  Southeastern  United   States.  Journal  of  Climate  2010  doi:10.1175/2010JCLI3829.1  hOp:// abs/10.1175/2010JCLI3829.1 Lixion  A.  Avila  and  John  Cangialosi,  2011:  "Hurricane  Irene  Tropical  Cyclone  Report"  (PDF).   Na:onal  Hurricane  Center.  December  14,  2011.  Retrieved  April  23,  2012. Masters  J.,  2012:  Summer  in  March  conFnues  for  Midwest;  Dexter,  MI  tornado  an  EF-­‐3.  Dr.  Jeff   Masters  Wunderblog.  March  17,  2012 hOp:// Matson  et  al,  2010:  Advancing  the  Science  of  Climate  Change.  Na:onal  Research  Council hOp://  The  Na:onal  Academies  Press Meehl,  G.  A.,  C.  Tebaldi,  G.  Walton,  D.  Easterling,  and  L.  McDaniel,  2009:  Rela:ve  increase  of   record  high  maximum  temperatures  compared  to  record  low  minimum  temperatures  in  the   U.S.,  Geophys.  Res.  Lej.,  36,  L23701,  doi:10.1029/2009GL040736. Mendelsohn  R.,  K.  Emanuel,  and  S.  Chonabayashi,  2011:  The  Impact  of  Climate  Change   on  Hurricane  Damages  in  the  United  States.  Policy  Research  Working  Paper.  WPS5561.  The   World  Bank  Finance  Economics  and  Urban  Department  Global  Facility  for  Disaster  Reduc:on   and  Recovery.  February  2011   hOp://­‐climate-­‐change-­‐ hurricane-­‐damages-­‐united-­‐states Milly,  P.C.D.,  R.  T.  Wetherald,  K.  A.  Dunne,  and  T.  L.  Delworth,  2002:  Increasing  risk  of  great   floods  in  a  changing  climate.  Nature  (31  January  2002)  doi:10.1038/415514a Murakami,  H.,  B.  Wang,  and  A.  Kitoh,  2011:  Future  Change  of  Western  North  Pacific  Typhoons:   Projec:ons  by  a  20-­‐km-­‐Mesh  Global  Atmospheric  Model*.  J.  Climate,  24,  1154–1169.  doi:   10.1175/2010JCLI3723.1 Min  S.,    X.  Zhang,  F.  Zwiers,  and  G.  Hegerl,  2011:  Human  contribu:on  to  more-­‐intense   precipita:on  extremes.  Nature  2011  Volume:  470,  Pages:  378–381.  doi:10.1038/nature09763 Murakami,  H.,  B.  Wang,  and  A.  Kitoh,  2011:  Future  Change  of  Western  North  Pacific  Typhoons:   Projec:ons  by  a  20-­‐km-­‐Mesh  Global  Atmospheric  Model*.  J.  Climate,  24,  1154–1169.  doi:   10.1175/2010JCLI3723.1   Na:onal  Science  and  Technology  Council,  2008:  ScienFfic  Assessment  of  the  Effects  of  Global   Change  on  the  United  States. hOp:// NCDC,  2012:  Billion  Dollar  U.S.  Weather/Climate  Disasters hOp://


NCDC (Na:onal  Clima:c  Data  Center)  U.S.  February  Tornadoes hOp:// February2012_tornadocounts.png.  Retrieved  April  21,  2012 Nielsen-­‐Gammon  J.,  2011:  Texas  Drought  and  Global  Warming. Climate  Abyss:  Weather  and  climate  issues  with  John  Nielsen-­‐Gammon hOp://­‐drought-­‐and-­‐global-­‐warming/ Retrieved  April  29,  2012. NOAA,  2010:  “May  1  &  2  2010  Epic  Flood  Event  for  Western  and  Middle  Tennessee.”  hOp:// NOAA  Storm  Predic:on  Center.  hOp://  Retrieved  April  21.  2012. NOAA  Tornado  FAQ.  hOp://  Retrieved  April  21,  2012. Osto,  S.  2011:  The  Katrina  of  tornado  outbreaks.  The  Weather  Channel  Blog,  May  2,  2011. hOp:// Parry,  M.L.,  O.F.  Canziani,  J.P.  Palu:kof  and  Co-­‐authors,  2007:  Technical  Summary.  Climate   Change  2007:  Impacts,  AdaptaFon  and  Vulnerability.  ContribuFon  of  Working  Group  II  to  the   Fourth  Assessment  Report  of  the  Intergovernmental  Panel  on  Climate  Change,  M.L.  Parry,  O.F.   Canziani,  J.P.  Palu:kof,  P.J.  van  der  Linden  and  C.E.  Hanson,  Eds.,  Cambridge  University  Press,   Cambridge,  UK,  23-­‐78. Rao,  Suryachandra  A.,  Hemantkumar  S.  Chaudhari,  Samir  Pokhrel,  B.  N.  Goswami,  2010:   Unusual  Central  Indian  Drought  of  Summer  Monsoon  2008:  Role  of  Southern  Tropical  Indian   Ocean  Warming.  J.  Climate,  23,  5163–5174.    doi:  10.1175/2010JCLI3257.1   Rahmstorf,  S.  and  D.  Coumou,  2012:  Extremely  hot.  Real  Climate.    March  2012.  hOp://­‐hot Romm  J.,  2012:  Tornadoes,  Extreme  Weather  and  Climate  Change,  Revisited.  Think  Progress   Climate  Progress.    hOp://­‐extreme-­‐ weather-­‐climate-­‐change/ Retrieved  April  27,  2012. Seneviratne,  S.I.,  N.  Nicholls,  D.  Easterling,  C.M.  Goodess,  S.  Kanae,  J.  Kossin,  Y.  Luo,  J.  Marengo,   K.  McInnes,  M.  Rahimi,  M.  Reichstein,  A.  Sorteberg,  C.  Vera,  and  X.  Zhang,  2012:  Changes  in   climate  extremes  and  their  impacts  on  the  natural  physical  environment.  In:  Managing  the   Risks  of  Extreme  Events  and  Disasters  to  Advance  Climate  Change  AdaptaFon  [Field,  C.B.,  V.   Barros,  T.F.  Stocker,  D.  Qin,  D.J.  Dokken,  K.L.  Ebi,  M.D.  Mastrandrea,  K.J.  Mach,  G.-­‐K.  PlaOner,   S.K.  Allen,  M.  Tignor,  and  P.M.  Midgley  (eds.)].  A  Special  Report  of  Working  Groups  I  and  II  of   the  Intergovernmental  Panel  on  Climate  Change  (IPCC).  Cambridge  University  Press,  Cambridge,   UK,  and  New  York,  NY,  USA,  pp.  109-­‐230.


StoO, Peter,  2010:  Climate  change:  how  to  play  our  hand?  There  have  always  been  extremes  of   weather  around  the  world  but  evidence  suggests  human  influence  is  changing  the  odds.  The   Guardian.  August  9,  2010 hOp://­‐change-­‐flooding StoO,  P.  A.,  GilleO,  N.  P.,  Hegerl,  G.  C.,  Karoly,  D.  J.,  Stone,  D.  A.,  Zhang,  X.  and  Zwiers,  F.  ,  2010:   Detec:on  and  aOribu:on  of  climate  change:  a  regional  perspec:ve.  Wiley  Interdisciplinary   Reviews:  Climate  Change,  1:  192–211.  doi:  10.1002/wcc.34 Trapp,  R.J.,  N.S.  Diffenbaugh,  H.E.  Brooks,  M.E.  Baldwin,  E.D.  Robinson,  and  J.S.  Pal,  2007:   Severe  thunderstorm  environment  frequency  during  the  21st  century  caused  by   anthropogenically  enhanced  global  radia:ve  forcing,  PNAS  104  no.  50,  19719-­‐19723,  Dec.  11,   2007. Trenberth,  K.E.,  P.D.  Jones,  P.  Ambenje,  R.  Bojariu,  D.  Easterling,  A.  Klein  Tank,  D.  Parker,  F.   Rahimzadeh,  J.A.  Renwick,  M.  Rus:cucci,  B.  Soden  and  P.  Zhai,  2007:  Chapter  3,  Observa:ons:   Surface  and  Atmospheric  Climate  Change.  In:  Climate  Change  2007:  The  Physical  Science  Basis.   ContribuFon  of  Working  Group  I  to  the  Fourth  Assessment  Report  of  the  Intergovernmental   Panel  on  Climate  Change  [Solomon,  S.,  D.  Qin,  M.  Manning,  Z.  Chen,  M.  Marquis,  K.B.  Averyt,   M.  Tignor  and  H.L.  Miller  (eds.)].  Cambridge  University  Press,  Cambridge,  United  Kingdom  and   New  York,  NY,  USA. Trenberth,  K  E.,  C.  Davis,  and  J.  Fasullo,  2007:  Water  and  energy  budgets  of  hurricanes:  Case   studies  of  Ivan  and  Katrina.  Journal  of  Geophysical  Research,  VOL.  112,  D23106.  December  12,   2007.  doi:10.1029/2006JD008303,  2007 Trenberth,  K.,  2010:  Tennessee  Floods  Demonstrate  PotenFal  Impacts  of  Climate  Change.   Project  on  Climate  Science.  May  5,  2010.    hOp://­‐room/ tennessee-­‐floods-­‐demonstrate-­‐poten:al-­‐impacts-­‐of-­‐climate-­‐change/    Retrieved  May  15,  2011. Trenberth,  K.,  2011:  Changes  in  precipita:on  with  climate  change.  Climate  Research.  March   2011.  doi:10.3354/cr00953.  hOp://­‐­‐2/p123-­‐138/ Trenberth,  K.  2011:  Top  Climate  ScienFst  On  The  Monster  Tornadoes:  ‘It  Is  Irresponsible  Not  To   MenFon  Climate  Change’.  ThinkProgress.  April  29,  2011.    hOp:// 2011/04/29/162480/climate-­‐science-­‐tornadoes/ Retrieved  April  21,  2012 Trenberth,  K.,  2012:  Framing  the  way  to  related  climate  extremes  to  climate  change.  ClimaFc   Change  DOI:  10.1.1007/s10584-­‐012-­‐0441-­‐5  hOp:// 0008xl84w0743102/ Trenberth,  K.  2012:  ScienFsts  see  rise  in  tornado-­‐creaFng  condiFons.  Reuters.  March  5,  2012.   hOp://­‐usa-­‐weather-­‐storms-­‐research-­‐ idUSTRE8241W620120305  .  Retrieved  April  21,  2012.


Weider, K.,  and  D.  F.  BouO  (2010):  Heterogeneous  water  table  response  to  climate  revealed  by   60  years  of  ground  water  data,  Geophys.  Res.  Lej.,  37,  L24405,  doi:10.1029/2010GL045561. Wergen,  G.  and  J.  Krug,  2010:  Record-­‐breaking  temperatures  reveal  a  warming  climate.   Europhysics  Lejers,  Volume  92,  Issue  3,  pp.  30008  (2010).  DOI:  10.1209/0295-­‐5075/92/30008 Zwiers  F.,  X.  Zhang,  and  Y.  Feng,  2010:  Anthropogenic  Influence  on  Long  Return  Period  Daily   Temperature  Extremes  at  Regional  Scales.  Journal  of  Climate  2010  doi:10.1175/2010JCLI3908.1  

Climate Signals  

From Climate Nexus -- a thorough analysis of the connections between extreme weather and climate change.