Потепление в Арктике изменило поведение Эль-Ниньо

Ученые объяснили, как ускоряющееся таяние льдов в Северном Ледовитом океане влияет на циркуляцию атмосферы в Тихом океане, приводя к увеличению частоты экстремальных природных явлений, в том числе Эль-Ниньо. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Глобальное потепление — это один из значимых факторов глобального изменения климата, и происходит оно неравномерно. Например, из-за системы положительных обратных связей температура в Арктике растет значительно быстрее, чем в остальных регионах планеты. Увеличение концентрации углекислого газа приводит к усилению парникового эффекта и росту температуры. Это, в свою очередь, ускоряет таяние ледового покрова Северного Ледовитого океана, а в результате меняется альбедо (отражающая способность) поверхности. В то время как белый лед отражает 50-80 процентов коротковолновой солнечной радиации, открытая вода поглощает 93 процента, нагревается сама и нагревает нижние слои арктического воздуха. Аналогичный эффект дает таяние снежного покрова. «Арктическое усиление» глобального потепления составило около четверти от общего роста температуры на планете в период 1979-2011 годы.

Нагретые воздушные массы низких экваториальных широт поднимаются в верхние слои тропосферы и растекаются к холодным полюсам, представляя собой один из базовых механизмов глобальной циркуляции атмосферы. Разница в темпах текущего потепления приводит к снижению общего градиента температур между экватором и полюсом и замедляет переток воздуха из низких широт в высокие. Снижение скорости перетока вызывает усиление извилистости полярных фронтов. На них возникают крупные и устойчивые меандры, глубоко проникающие в умеренные широты. Климатологи Чарльз Кеннел (Charles F. Kennel) и Елена Юлаева (Elena Yulaeva) из Университета Калифорнии в Сан Диего считают, что с этим процессом связана экстремально холодная зима 2009-2010 года в Северной Америке, волна жары в Москве и наводнения в Пакистане летом 2010 года.

Они утверждают, что «декада экстремальных погодных явлений» в начале XXI века подтверждает новые тенденции в десятилетних климатических циклах, а запуск этих изменений произошел еще в последние годы прошлого столетия и касается не только Арктики и примыкающего к ней умеренного пояса, но и климатических явлений в низких широтах планеты. В частности, меняется механизм пассатов — ветров восточных румбов, устойчиво дующих с тропиков в сторону экватора, и регулярность проявлений Эль-Ниньо.

Природа Эль-Ниньо связана с тем, что в Тихом океане накапливается своеобразный перекос уровня воды — пассатные течения сгоняют поверхностный слой к западному побережью. Уровень воды у берегов Индонезии может на десятки сантиметров превышать восточную часть океана. Одновременно с этим прослеживается разница температур: на западе вода хорошо прогревается, на востоке сильное влияние оказывает холодное Перуанское течение. Во время Эль-Ниньо теплые тропические воды с запада растекаются на большие площади, вызывая рост температур и масштабные негативные последствия для тропического побережья Южной Америки.

Новое исследование посвящено поиску и объяснению связей между меняющейся ледовой обстановкой в Северном Ледовитом океане, силой и направлением пассатов, поведением Эль-Ниньо в тропической зоне, а также изменениями атмосферной циркуляции в северной части Тихого океана.

Климатологи использовали расширенную климатическую модель CMIP5 (5th Coupled Modeling Intercomparison Project), в которую заложили данные об увеличении интенсивности пассатов, усилении сезонных потерь морского льда и временном снижении темпов роста глобальных температур во втором десятилетии XXI века. Базой для исследования послужили месячные данные о состоянии атмосферы и поверхностных вод Национального центра экологического прогнозирования (NCEP) и Национального центра атмосферных исследований (NCAR), а также ежедневные данные Европейского Центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF). Для исследования авторы выбрали два временных интервала: 1980-1998 и 1999-2015 годы. В 1997-1998 годах было инструментально зафиксировано самое большое в истории явление Эль-Ниньо, и 1998 принят авторами за переходный год, когда произошел качественный сдвиг в климате экваториальной части Тихого океана.

В результате проведенного исследования удалось установить следующую последовательность влияния арктического усиления на климат Тихого океана:

• Максимальная площадь открытой воды в Северном Ледовитом океане наблюдается в сентябре, в конце сезона таяния льда. В течение месячного периода в начале осени здесь развивается вертикальная конвекция воздуха.
• Эпизод масштабной вертикальной конвекции рождает планетарную волну и высокочастотный волновой цуг в верхней тропосфере. Из примыкающего к Тихому океану арктического сектора волновой пакет распространяется на юг, а сниженный градиент температур между экватором и полюсом этому способствует. В декабре он встречается с зоной конвергенции воздушных масс, расположенной между тропиками.
• В результате этого взаимодействия создаются благоприятные условия для возникновения Эль-Ниньо. Триггером служит временный поворот пассатов в центральной и восточной частях Тихого океана. Под влиянием волн из Арктики ветры меняют направление с восточных на западные румбы, а в экваториальной области формируется своеобразный пассатный диполь.
• В процессе взаимодействия арктических волн и зоны конвергенции возникает отраженная волна, которая откатывается обратно и к февралю достигает зоны низкого давления на севере Тихого океана (Алеутская депрессия). Эта область ответственна за формирование климата северной части Тихого океана. Именно здесь зарождаются циклоны и струйное течение, которые во многом определяет погоду Северной Америки.
• Ситуация в Алеутской депрессии меняется, циклоническая активность ослабляется.

Описанные шаги последовательно повторяются каждый год, но их интенсивность и пространственная структура сильно варьируются в зависимости от таких факторов, как облачность, штормовая обстановка, содержание водяного пара в атмосфере и др. Авторы также указывают на определенные ограничения в использовании результатов исследования. Первое связано с дроблением выводов на более короткие периоды с потерей статистической точности. Второе описывается как необходимость принять все допущения модели. Достоверность результатов каждого шага в концепции зависит от качества данных на всех других этапах. Доступный на данный момент уровень точности климатического моделирования демонстрирует прямую или косвенную связь между ледовой обстановкой в Арктике и циркуляцией атмосферы и поверхностных вод Тихого океана, указывает на увеличение частоты Эль-Ниньо. Возможно, эти результаты помогут понять не только текущие изменения климата, но и объяснить глобальные климатические сдвиги после таяния ледниковых покровов северного полушария в конце последнего ледникового периода.