Быстрое потепление Арктики, сопровождающееся таянием ледников и морского льда, имеет серьёзные последствия для климата, экосистем Земли и экономики. Последние данные свидетельствуют о том, что эффект затемнения снега, вызванный светопоглощающими частицами, такими как отложения чёрного углерода, может сильно повлиять на быстрое потепление в Арктике. Однако по-прежнему отсутствует ансамблевое моделирование с использованием моделей высокого разрешения для изучения воздействия эффекта затемнения снега, возникающего в результате отложений чёрного углерода, на энергетический баланс поверхности Арктики. Путём интеграции физической модели снега, льда, аэрозоля и радиации (SNICAR) с полярно-оптимизированной версией модели метеорологических исследований и прогнозирования (Polar-WRF) это исследование было направлено на количественную оценку воздействия эффекта затемнения снега из-за отложений чёрного углерода и анализ взаимосвязи между массой аэрозоля чёрного углерода в снеге (представленной высотой снега) и уменьшением альбедо снега. Результаты моделирования показывают, что осаждение чёрного углерода может напрямую влиять на энергетический баланс поверхности за счёт уменьшения альбедо снега и соответствующего радиационного воздействия. В среднем осаждение чёрного углерода при концентрации 50 нг/г вызывает радиационное воздействие 1,6 Вт/м² при автономном моделировании (без обратной связи с поверхностью) и 1,4 Вт/м² при онлайн-моделировании (с обратной связью с поверхностью). Высокие радиационные воздействия, вызванные отложениями чёрного углерода, достигали 1–4 Вт/м² и в основном наблюдались в Гренландии, на Баффиновых островах и в Восточной Сибири, где преобладают районы с глубоким снегом и его большой плотностью. Изменения альбедо снега действительно тесно связаны с массой аэрозолей чёрного углерода. Примечательно, что была установлена ​​чёткая линейная связь между высотой снега и уменьшением альбедо снега: коэффициент корреляции превышает 0,9, а значение R² больше 0,85, когда глубина снега невелика. Однако по мере увеличения глубины снежного покрова влияние чёрного углерода на альбедо снега постепенно уменьшается, пока не достигнет пикового значения, когда снежный покров станет достаточно оптически толстым. Регионы с глубоким снежным покровом, такие как Гренландия, как правило, проявляют большую чувствительность к отложениям чёрного углерода из-за более высокой абсолютной массы чёрного углерода и большей продолжительности эффекта затемнения снега. Для данной средней по столбу концентрации чёрного углерода в снегу воздействие эффекта затемнения снега примерно на 25–41% сильнее в районах с глубоким заснеженным покровом, чем в районах с неглубоким заснеженным покровом, что приводит к увеличению таяния снега на 19–40%. Сравнение автономного и онлайн-связанного моделирования с использованием Polar-WRF/Noah-MP и SNICAR позволило получить ценную информацию о критических механизмах и ключевых факторах, влияющих на изменения в поверхностной теплопередаче из-за воздействия эффекта затемнения снега, вызванного отложениями чёрного углерода в Арктике. Было замечено, что различные процессы, такие как таяние снега и взаимодействие суши с атмосферой, играют значительную роль в оценке изменений в приземном энергетическом балансе, вызванных отложением чёрного углерода. Примечательно, что автономное моделирование имеет тенденцию переоценивать воздействие эффекта затемнения снега, иногда более чем на 50%, из-за отсутствия учёта соответствующих процессов. В этом исследовании подчёркивается важность влияния снежных условий и взаимодействия поверхности и атмосферы на оценку воздействия эффекта затемнения снега в результате осаждения чёрного углерода. Поэтому необходимо уделить приоритетное внимание исследованиям моделирования с высоким разрешением, которые включают подробные физические процессы, чтобы улучшить понимание воздействия эффекта затемнения снега на изменение климата в Арктике.

 

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-1717/