|
Глобальное потепление стоит за периодами похолоданий
|
|
|
|
Глобальное потепление, вызванное повышением концентрации парниковых газов, уже влияет на нашу жизнь. Палящее лето, более интенсивные периоды жары, более длительные периоды засухи, более продолжительные наводнения и более дикие лесные пожары - последствия, связанные с этим потеплением. Одно менее очевидное последствие глобального потепления также привлекает все большее внимание ученых: потенциальное увеличение интенсивности и частоты зимних похолоданий в северном полушарии. Погодные явления, такие как "Зверь с Востока" зимой 2018 года, похолодание арктического воздуха, достигшее юга до Техаса в феврале 2021 года, или шторм, из-за которого Мадрид и Афины были необычно покрыты снегом на несколько дней в начале 2021 года, становятся все более распространенными. Некоторые из механизмов, приводящих к их возникновению, усиливаются в результате глобального потепления. Ключевые климатические механизмы, такие как обмен энергией и воздушными массами между различными высотными диапазонами в атмосфере, развиваются таким образом, что ожидается увеличение интенсивности и продолжительности похолоданий. Они связаны с поведением региона в верхних слоях атмосферы, называемых стратосферой.
|
|
|
|
Зимние похолодания оказывают серьезное воздействие на общество, от прямого воздействия на здоровье и гибели людей до воздействия на транспорт и инфраструктуру, резкого роста спроса на энергию и ущерба сельскохозяйственным ресурсам. Этой зимой мы наблюдали подобные последствия на большей части территории Европы и США: отмена рейсов, закрытие аэропортов, очереди на дорогах и водители, оказавшиеся в ловушке из-за экстремально низких температур. Также резко возрос спрос на энергию для отопления помещений, увеличилось число госпитализаций, связанных с простудой, и активизировались службы, необходимые для оказания помощи наиболее уязвимым. Нам необходимо разработать инструменты прогнозирования, которые могут предсказывать эти события еще более заблаговременно. Некоторые из этих резких похолоданий связаны с перебоями в сезонном атмосферном явлении, называемом стратосферным полярным вихрем (SPV).
|
|
|
В северном полушарии этот вихрь состоит из масс холодного воздуха с центром над северным полюсом, окруженных струей очень сильных западных ветров на высоте 15-50 км над землей. Эти крутящиеся ветры действуют как стена и удерживают холодный воздух в Арктическом регионе, препятствуя его перемещению в более низкие широты. То, что может нарушить работу вихря, - это внезапное потепление стратосферы (SSW), когда стратосфера испытывает резкое повышение температуры из-за передачи энергии и импульса с более низких высот на более высокие. При возникновении крупного SPV стена сильных ветров вокруг полярной стратосферы может разрушиться, позволяя холодному воздуху вырваться из полярного вихря и опуститься на более низкие атмосферные высоты и широты. Когда этот воздух приближается к поверхности Земли, могут наступить значительные похолодания. Даже когда SPV недостаточно сильны, чтобы разорвать вихрь, они могут ослабить его. Это может привести к тому, что полярные модели циркуляции воздуха будут отклоняться дальше на юг, в более низкие широты, достигая населенных районов Северной Америки и Евразии, вместо того, чтобы оставаться ближе к северному полюсу. В этом случае температура в этих районах может быть на десятки градусов ниже, чем в среднем за зиму.
|
|
|
|
В условиях изменения климата передача энергии из нижних слоев земной атмосферы в верхние слои стратосферы меняется и, по-видимому, в большей степени нарушает полярный вихрь. Исследование показало, что сила и продолжительность SPV в стратосфере возросли за последние 40 лет. Ожидается, что это увеличение также приведет к более сильным зимним похолоданиям на приземных уровнях. Точное прогнозирование этих резких похолоданий имеет решающее значение для оказания помощи обществу в надлежащей подготовке к ним. Разработка компьютерных инструментов прогнозирования, которые воспроизводят реалистичные взаимодействия между нижними уровнями тропосферы и стратосферной областью, является важным шагом на пути к этой цели. Чтобы правильно смоделировать поведение стратосферы и то, как она взаимодействует с тропосферой, инструменты прогнозирования должны включать реалистичные описания содержания и распределения стратосферного озона. Озон влияет на взаимодействие воздушных масс снаружи и внутри вихря, а следовательно, и на перенос более холодного воздуха с больших высот на меньшие.
|
|
|
|
Однако учет всех химических процессов, в которых участвует озон, с разрешением, необходимым для прогнозирования этих погодных явлений, является непомерно высоким с точки зрения необходимой вычислительной мощности. Это еще более верно, если мы хотим предсказать события на один сезон вперед. В моем исследовании рассматриваются способы улучшения моделей прогнозирования, чтобы лучше отражать тип поведения стратосферы, приводящий к этим периодам похолодания. Для этого я разработал альтернативы, которые могут реалистично моделировать процессы в стратосфере, включая аспекты химического состава озона, используя меньшие вычислительные мощности. В исследовании, которым я руководил, мы использовали эти альтернативы для моделирования взаимодействия между озоновым слоем, температурой и солнечной радиацией в глобальной компьютерной модели, используемой для составления одних из лучших прогнозов погоды в мире. Эксперименты, которые мы провели с этой моделью, показали, что включение этого реалистичного альтернативного представления стратосферного озона привело к улучшению моделирования распределения температуры в стратосфере. Это означает, что это может помочь предоставить полезную информацию о причинах похолоданий, таких как SSW.
|
|
|
|
Разработка и использование этих альтернатив при моделировании климата является важной вехой на пути к тому, что мы называем бесшовным прогнозированием: использованию одних и тех же инструментов компьютерного моделирования для прогнозирования как погоды, так и климата. Это позволяет более точно установить причинно-следственные связи между изменением климата и экстремальными погодными явлениями. Вопрос, который, возможно, интересует многих, заключается в том, может ли этот экстремальный холод противодействовать глобальному потеплению. К сожалению, нет. В то время как эта зима принесла дни с чрезвычайно низкими температурами и обильными снегопадами в северном полушарии, нынешнее лето в южном полушарии ознаменовалось одними из самых жарких дней за всю историю наблюдений для населенных районов Австралии, с температурой около 50C. Глобальное потепление делает экстремальные погодные условия еще более экстремальными, и научные исследования начинают предоставлять доказательства того, что это также относится к периодам экстремальных зимних холодов. Разработка наилучших инструментов моделирования необходима для прогнозирования развития экстремальных погодных явлений в ближайшие годы, чтобы мы могли быть лучше подготовлены к ним.
|
|
|
|
Источник
|
