Понимание процессов, контролирующих температуру тропической нижней стратосферы, важно, поскольку эта температура определяет концентрацию стратосферного водяного пара, мощного парникового газа. Данные наблюдений уже давно показали, что локально потепление тропосферы связано с охлаждением стратосферы. Авторы подтверждают, что температурный режим в тропосфере замечательно отражается в нижней стратосфере, и дополнительно показывают, что эта взаимосвязь сохраняется при рассмотрении тенденций, вызванных изменением климата. Показано, что существует тесная связь между пространственной картиной потепления тропосферы и похолодания стратосферы. Эти результаты интерпретируются с использованием простой теории, утверждающей, что существует квазисбалансированная реакция стратосферы на нагревание в тропосфере.
Данные наблюдений уже давно позволяют предположить, что в тропиках, когда тропосфера локально нагревается, нижняя стратосфера локально охлаждается. Здесь подтверждается наблюдаемая антикорреляция между температурой тропосферы и нижней стратосферы — нижняя стратосфера охлаждается примерно на 2 градуса на каждый градус потепления в средней тропосфере. Эта антикорреляция объясняется недавно предложенной теорией, согласно которой существует квазисбалансированная реакция стратосферы на нагрев тропосферы [J. Lin, K. Emanuel, Tropospheric thermal forcing of the stratosphere through quasi-balanced dynamics. J. Atmos. Sci. (2024)]. Антикорреляция локального масштаба между температурой тропосферы и нижней стратосферы сохраняется и при рассмотрении изменения климата: там, где тропосфера аномально нагревалась по сравнению со средним значением по зонам, нижняя стратосфера аномально охлаждалась, и наоборот. Это предполагает, что зональная асимметрия трендов температуры в тропосфере будет отражаться на трендах температуры в нижних слоях стратосферы. Также обнаружено, что зональные асимметричные тенденции сопоставимы по величине с тенденциями средней температуры в нижней стратосфере, что подчёркивает важность характера потепления. Результаты и предложенная теория предполагают, что в дополнение к воздействию посредством рассеяния волн нижняя стратосфера также может подвергаться прямому воздействию со стороны тропосферы через квазистационарную, квазисбалансированную динамику.

 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2319228121

 

Как изменится гидрологический цикл при будущем потеплении, является одним из центральных вопросов в исследованиях климата; однако современные климатические модели по-прежнему демонстрируют большую неопределённость в этих прогнозах. Определённый прогресс был достигнут в ограничении рамок глобальных изменений среднего количества осадков; однако глобальные средние оценки не могут отражать региональные реакции. Политики, заинтересованные стороны и общественность хотят знать прогнозы для регионов, которые их волнуют или в которых они живут. Здесь, основываясь на физических аргументах, авторы использовали наблюдавшуюся в прошлом тенденцию потепления, чтобы ограничить рамки будущих прогнозов средних и экстремальных осадков как в глобальном, так и в региональном масштабе с помощью метода возникающих ограничений. Результаты предоставляют ценную информацию для сообщества и проясняют ограничения для других региональных климатических прогнозов.
Прогнозируемые изменения гидрологического цикла в условиях глобального потепления остаются весьма неопределёнными в рамках существующих климатических моделей. Здесь авторы демонстрируют, что наблюдавшаяся в прошлом тенденция потепления может быть использована для эффективного ограничения рамок будущих прогнозов средних и экстремальных осадков как в глобальном, так и в региональном масштабе. Физическая основа таких ограничений опирается на относительно постоянную чувствительность климата в отдельных моделях и разумную согласованность региональной гидрологической чувствительности среди моделей, которая доминирует и регулируется увеличением влажности атмосферы. Для сценария с высокими выбросами в среднем по миру прогнозируемые изменения среднего количества осадков снижаются с 6,9 до 5,2%, а экстремальных осадков - с 24,5 до 18,1%, при этом межмодельные отклонения уменьшаются на 31,0 и 22,7% соответственно. Более того, ограничение может быть применено к регионам в средних и высоких широтах, особенно над сушей. Эти ограничения приводят к пространственно разрешённым поправкам, которые существенно и неоднородно отклоняются от глобальных средних поправок. В этом исследовании представлены регионально ограниченные гидрологические реакции по всему миру, имеющие прямые последствия для адаптации к климату в конкретных регионах.

 

Ссылка: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312400121

  

Почему некоторые погодные аномалии невозможно объяснить даже антропогенным фактором

С появлением признаков наступления очередного Эль-Ниньо в середине прошлого года эксперты прогнозировали скорое падение температурного рекорда, датированного 2016 годом (~1,2°C выше доиндустриального уровня), называя главным претендентом на звание нового рекордсмена год 2024-й.

Основанием к этому служило то обстоятельство, что почти во всех умеренных и сильных Эль-Ниньо с 1950 года наблюдалось большее потепление во второй год по сравнению с годом, когда оно началось. В спорте 2024-й именовался бы фаворитом, но, как это нередко случается, неожиданно победа на промежуточном финише досталась «темной лошадке» — 2023 году.

Рекорд 2023-го и его составляющие

Не дожидаясь официального сообщения Всемирной метеорологической организации, многие уважаемые мониторинговые агентства уже в начале второй декады января стали в своих публикациях оперативно подводить итоги ушедшего года. Обработка и анализ данных наблюдений засвидетельствовали появление нового рекордсмена: по разным оценкам, среднегодовая температура приземного слоя воздуха превысила ее среднее значение за период 1850–1900 годов на 1,34°С (Национальное управление океанических и атмосферных исследований, NOAA), 1,37°С (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, NASA), 1,46°С (Центр Хэдли Метеорологического бюро Великобритании и Отдел климатических исследований Университета Восточной Англии, HadCRUT), 1,47°С (Японское метеорологическое агентство), 1,48°С (Европейское климатическое агентство Copernicus), 1,54°С (некоммерческая исследовательская организация Berkeley Earth в Калифорнии). Таким образом, нет оснований сомневаться, что прежний температурный рекорд пал, однако каким именно числом будет характеризоваться новый, пока неизвестно: все же имеется немалая (~0,2°С) разница в вышеприведенных оценках, обусловленная различиями в используемых наборах исходных данных, методах интерполяции и коррекции ошибок измерений и пр.

Превышение глобальной среднегодовой температуры приземного воздуха (°C) относительно средней за 1850–1900 годы на основе нескольких наборов данных, 1967–2023 годы Диаграмма: Данные агентства Copernicus

Как считает подавляющее число специалистов, главной причиной роста температуры (глобального потепления) является антропогенный фактор — начавшееся с наступлением индустриальной эры постоянно нарастающее усиление парникового эффекта, вызванное выбросами в атмосферу дополнительной массы таких газов, как углекислый газ СО₂, метан СН₄, закись азота N₂O и др. Постоянно действующий антропогенный фактор усугубляется внутренней изменчивостью климатической системы, одно из наиболее весомых проявлений которой — периодически возникающее Эль-Ниньо.

Залог «успеха» нового рекордсмена кроется в том, что самыми теплыми оказались не отдельный месяц или сезон (такое случалось и раньше), а все второе полугодие. Причем с впечатляющим отрывом от всех «конкурентов»! А сентябрьский рекордный скачок оказался настолько редким событием, что уже высказывается мнение о невозможности объяснить его лишь внутренней изменчивостью климата в сочетании с устойчивым увеличением воздействия парниковых газов: нужен поиск других дополнительных внешних факторов влияния на глобальный климат в 2023 году (см. Rantanen M., Laaksonen A. The jump in global temperatures in September 2023 is extremely unlikely due to internal climate variability alone. npj Climate and Atmospheric Science, 7, 34 (2024).).

По утверждению Berkeley Earth, в 2023 году на площади 95,5% поверхности Земли температура была значительно выше средней температуры за 1951–1980 годы, на 3,5% была аналогичной и только на 1% — значительно холоднее. В свою очередь, Copernicus приводит аналогичное сравнение относительно ныне действующих климатических норм (1991–2020 годы). 

Отклонения глобальной среднемесячной температуры приземного воздуха (°C) относительно средней за 1991–‍2020 годы в течение 1940–‍2023 годов Диаграмма: Данные агентства Copernicus

В среднем потепление в глобальном масштабе над сушей идет примерно вдвое быстрее, нежели над океаном. По сравнению со средними значениями за 1850–1900 годы, средний показатель по суше в 2023 году увеличился на 2,10±0,07°C, а температура поверхности океана, за исключением регионов морского льда,— на 1,10±0,04°C (данные Berkeley Earth). Это связано с разницей в значениях теплоемкости, которая в несколько раз выше у воды по сравнению с грунтом или воздухом. Как следствие, океан поглощает часть атмосферного тепла в теплую половину года и возвращает его атмосфере в холодную, тем самым существенно компенсируя свой среднегодовой нагрев. Над сушей же такой механизм значительно менее эффективен. Яркой иллюстрацией этого служит сравнение темпов потепления над расположенной в зональном поясе, в котором площадь суши значительно превосходит морскую, Россией и среднеглобального: потепление над нашей страной происходит примерно в 2,7 раза интенсивнее. Еще больший темп отмечается в Арктике, где за последние 40 лет потепление шло приблизительно в 4 раза быстрее, чем в среднем по миру,— процесс, известный как арктическое усиление. Таяние морского льда и уменьшение снежного покрова в Арктике позволяет поглощать больше солнечного света, что, в свою очередь, приводит к дополнительному локальному разогреву. 

Географическое распределение отклонения среднегодовой температуры приземного воздуха (°C) в 2023 году относительно средней за 1991–‍2020 годы Диаграмма: Данные агентства Copernicus

Заглядывая в будущее

Повышенный, почти ажиотажный интерес к потеплению-2023 во многом связан с тем, что оно вплотную подошло к одному из пороговых значений, указанных в Парижском соглашении по климату 2015 года. Напомню, в этом документе порог роста температуры в 2°С в XXI веке указан как предельно допустимый, а в 1,5°С как желательный — значения, при которых, вероятно, не произойдет необратимых изменений климатической системы Земли. Хотя, по мнению многих ученых, на сегодняшний день не существует научного обоснования справедливости этого утверждения, они признают полезность использования такого порога в качестве общего знаменателя в последующих дискуссиях и исследованиях. Так или иначе, пороговые значения существуют, однако не предполагалось, что достижение меньшего из них уже так близко (считалось, что это случится двумя или тремя десятилетиями позже). Конечно, это только первая ласточка, а она, как известно, весны не делает: для выявления устойчивой, подтвержденной наблюдениями тенденции недостаточно наличия одного, возможно, аномального года, необходимо, чтобы превышение полутораградусного барьера подтверждалось на протяжении ряда лет. К сожалению, модельные прогнозы говорят, что установление такой тенденции лишь дело времени, причем отнюдь не отдаленного. Сколь велик этот запас времени? По оценкам Berkeley Earth, меньше десятилетия.

А что же 2024-й? Станет он следующим рекордсменом? Его «акции» по-прежнему котируются агентствами достаточно высоко. По мнению заместителя директора Copernicus Саманты Бёрджесс, «чрезвычайно вероятно», что 2024 год будет еще жарче, чем 2023 год. 

Отклонения глобальной среднегодовой температуры приземного воздуха (°C) относительно средней за 1850–‍1900 годы. Ежегодные средние показаны синими точками, десятилетняя скользящая средняя — красным цветом, линейный тренд начиная с 1980 года — пунктиром Диаграмма: Данные Berkeley Earth

Обжегшаяся на прогнозе годом раньше Berkeley Earth сегодня высказывается несколько осторожнее: «С вероятностью 58% 2024 год будет теплее, чем 2023-й, и с вероятностью 97% он будет по крайней мере таким же теплым, как 2016-й, то есть весьма вероятно, что 2024 год станет либо самым теплым, либо вторым самым теплым годом за всю историю наблюдений». В качестве обоснования этого вывода Berkeley Earth указывает на то, что, согласно ожиданиям, нынешний Эль-Ниньо скоро достигнет своего пика и исчезнет к середине 2024 года. Тем не менее его наследие, вероятно, внесет значительный вклад в повышение средней глобальной температуры в 2024 году. Также отмечается, что необычные характеристики 2023 года могут затруднить дальнейшее потепление в году 2024-м.

Отклонения глобальной среднегодовой температуры приземного воздуха (°C) относительно средней за 1850–‍1900 годы. Ежегодные средние показаны красными точками, 95-‍процентный доверительный интервал — вертикальными линиями, вероятные рамки значения, соответствующего 2024 году,— зеленым цветом Диаграмма: Данные Berkeley Earth

Вышеприведенные формулировки очередной раз напоминают о том, что всякий прогноз — основанный ли на статистике данных мониторинга или полученный с помощью климатических моделей — всегда вероятностный. Вероятностный потому, что невозможно точно оценить влияние на конечный результат (в нашем случае — на изменение температуры) бесчисленных внутренних взаимодействий («обратных связей») между происходящими внутри климатической системы Земли процессами, а также вследствие возникновения время от времени плохо предсказуемых форс-мажорных обстоятельств. Классическим примером такого форс-мажора являются случающиеся несколько раз за столетие мощные извержения вулканов (таких, например, как Эль-Чичон в 1982 году или Пинатубо в 1991 году), за которыми следует похолодание в глобальном масштабе на 0,5–1°С.

Судя по прогнозам, шансы «фаворита» — 2024 года — на то, чтобы превзойти показатель его «выскочки»-предшественника, не бесспорны, но предпочтительны. Ситуация, которая, будь это поединок боксеров-профессионалов, вызывала бы повышенный интерес любителей бокса и букмекеров. В нашем случае круг «заинтересованных лиц» несравненно шире: по оценкам Berkeley Earth, в 2023 году 2,3 млрд человек — 29% населения Земли — испытали локально рекордно теплые среднегодовые температуры.

 Как будет в 2024-м?
см. подробнее: Андрей Киселев, «"Мальчик" готовит новые проказы», «Ъ-‍Наука», 2023, №15
Андрей Киселев, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова (Санкт-Петербург)

 

Ссылка:  https://www.kommersant.ru/doc/6559916

 

Исследователи призывают к созданию обширной сети мониторинга для количественного определения выбросов углекислого газа и метана, выделяемых реками, озёрами, водохранилищами и прудами Китая.

Внутренние воды, такие как реки, озёра, водохранилища и пруды, могут выделять большое количество парниковых газов, но эта возможность ещё недостаточно изучена. В новом обзоре Yang et al. обобщили то, что известно о выбросах углекислого газа и метана из внутренних водных путей Китая, и предположили, что широко распространённая сеть мониторинга могла бы помочь исследователям понять этот важный аспект изменения климата.
Китай — огромная страна, занимающая площадь около 9,6 миллиона квадратных километров, по всей территории которой проложены водные пути. Многочисленные процессы, в том числе таяние многолетней мерзлоты на Тибетском нагорье, урбанизация и метаболическая активность в прудах для аквакультуры, влияют на выбросы парниковых газов из вод страны.
Таяние многолетней мерзлоты высвобождает углерод, долгое время находившийся в почве, сначала в воду, а затем в атмосферу. Мало что известно о том, как быстро Тибетское нагорье потеплеет и как это повлияет на скорость, с которой в результате таяния многолетней мерзлоты выбрасываются в атмосферу парниковые газы.
Между тем, Китай быстро урбанизируется, и вместе с урбанизацией в озёрах и реках появляется больше сточных вод. Питательные вещества из сточных вод могут способствовать росту микробов, выделяющих углекислый газ и метан. Китай в основном обратился к гидроэнергетике для удовлетворения растущих потребностей в электроэнергии. Безудержный рост микробов распространён в водохранилищах страны, образованных плотинами, которых насчитывается около 98 500.
В Китае также находится около 60% мировых аквакультурных ферм. Как и сточные воды, питательные вещества, предназначенные для кормления скота, могут стимулировать рост микробов и приводить к выбросам углекислого газа и метана. С другой стороны, аэрация воды может подавить рост анаэробных микробов, потенциально уменьшая количество выделяемого ими метана.
Учёным нужно гораздо больше информации, чтобы полностью понять влияние внутренних водных путей Китая на изменение климата. Исследователи предлагают создать обширную сеть мониторинга и часто измерять биохимические и биологические свойства воды, чтобы понять полное влияние пресноводных систем Китая на глобальные изменения. (Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, https://doi.org/10.1029/2023JG007675, 2024).

 

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/inland-waters-are-a-blind-spot-in-greenhouse-gas-emissions

 

Данные о высоте побережья необходимы для широкого спектра приложений, таких как управление прибрежными районами, моделирование наводнений и планирование адаптации. Низколежащие прибрежные районы (находящиеся ниже 10 м + средний уровень моря) подвержены риску будущих экстремальных уровней воды, оседания и изменения экстремальных погодных условий. Однако имеющиеся в настоящее время свободно доступные наборы данных о высотах недостаточно точны для моделирования этих рисков. Авторы представляют DeltaDTM, глобальную прибрежную цифровую модель местности, находящуюся в открытом доступе, с горизонтальным пространственным разрешением в 1 угловую секунду (∼30 м) и средней вертикальной абсолютной ошибкой в целом 0,45 м. DeltaDTM корректирует CopernicusDEM с помощью космического лидара миссий ICESat-2 и GEDI. В частности, корректируется смещение высоты в CopernicusDEM, применяются фильтры для удаления ячеек, не относящихся к местности, и заполняются пробелы с помощью интерполяции. Примечательно, что этот подход к классификации даёт более точные результаты, чем методы регрессии, недавно использованные для коррекции, в лучшем случае достигающие средней вертикальной абсолютной ошибки 0,72 м. По мнению авторов, DeltaDTM будет ценным ресурсом для моделирования воздействия прибрежных наводнений и других приложений. 

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41597-024-03091-9 

 

По прогнозам, к 2050 году уровень моря вдоль побережья США поднимется на 0,25–0,3 м, что повысит вероятность более разрушительных наводнений и наводнений в крупных городах. Однако эти последствия могут усугубляться оседанием берегов – затоплением прибрежных территорий – фактором, который часто недостаточно учитывается в политике управления прибрежными районами и долгосрочном городском планировании. В этом исследовании авторы объединяют наборы данных о вертикальном движении суши с высоким разрешением (то есть её подъём или опускание) и наборы данных о высоте с прогнозами повышения уровня моря для количественной оценки потенциальных затопленных территорий в 32 крупных прибрежных городах США. Показано, что, даже если принять во внимание нынешние структуры береговой обороны, территория площадью от 1006 до 1389 км² находится под угрозой относительного повышения уровня моря к 2050 году, что представляет угрозу для населения численностью 55 000–273 000 человек и 31 000–171 000 поместий. Этот анализ показывает, что игнорирование пространственно-переменного оседания земель в городах может привести к неточным прогнозам ожидаемого воздействия. Такие потенциальные последствия показывают масштаб проблемы адаптации, которую не осознают в большинстве прибрежных городов США.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07038-3 /

 

Влияние крупных явлений внезапного стратосферного потепления (ВСП) и ранних событий окончательного стратосферного потепления (ОСП) на изменения озона в средней атмосфере Арктики исследуется путём проведения измерений микроволновым радиометром над Ню-Олесунном, Шпицберген (79° с.ш., 12° Д) в рамках GROMOS-C. Полученные по данным микроволновых наблюдений суточные профили озона во время событий ВСП и ОСП в стратосфере и нижней мезосфере на высотах 20–70 км сравниваются с данными MERRA-2 и MLS. Вертикально разрешённая структура полярных аномалий озона относительно климатических данных, полученных с помощью GROMOS-C, MERRA-2 и MLS, проливает свет на последовательную картину эволюции аномалий озона во время обоих типов событий. Для событий ВСП аномалии озона являются положительными на всех высотах в течение 30 дней после начала, за которыми следуют отрицательные аномалии, опускающиеся вниз в средней стратосфере. Однако за положительными аномалиями в средней и нижней стратосфере и отрицательными в верхней стратосфере в начале следуют отрицательные аномалии с опусканием в средней стратосфере и положительные аномалии в верхней стратосфере во время событий ОСП. Задокументированы основные динамические и химические механизмы, ответственные за наблюдаемые аномалии озона на протяжении всего жизненного цикла событий ВСП и ОСП. Полярные аномалии озона в нижней и средней стратосфере претерпевают быстрое и продолжительное увеличение более чем на 1 млн^-1 (1 ppmv) ближе к началу ВСП, что объясняется динамическими процессами горизонтального вихревого эффекта и вертикальной адвекции. Такая реакция на события ОСП связана с совместным воздействием динамических и химических факторов, отражающих фотохимические процессы, которым частично противодействует положительный горизонтальный вихревой перенос, особенно в средней стратосфере. Сопоставляются результаты реанализа MERRA-2 и химико-климатических моделей, чтобы количественно оценить влияние динамических и химических процессов на аномалии озона во время ВСП и ОСП. Кроме того, обнаружено, что изменчивость общего содержания озона в полярном столбе связана с горизонтальным вихревым переносом и вертикальной адвекцией озона в нижней стратосфере. Это исследование расширяет понимание механизмов, контролирующих изменения в содержании полярного озона во время жизненного цикла событий ВСП и ОСП, открывая новый аспект количественного анализа динамических и химических полей.

 

Ссылка: https://egusphere.copernicus.org/preprints/2024/egusphere-2024-65/

 

Интенсификация кратковременных экстремальных осадков способствует увеличению риска наводнений в городах. Тем не менее, остается неясным, как статистика осадков в «верхней части хвоста» распределения может измениться с региональным потеплением. Авторы характеризуют нестационарность экстремальных осадков в течение 1–24 часов для быстро развивающегося прибрежного мегаполиса в районе Большого залива в Китае. Используя данные высокого разрешения, полученные из нескольких источников, объединённые и привязанные к координатной сетке, они наблюдают большее увеличение интенсивности осадков в северо-центральной части региона по сравнению с южным прибрежным регионом. Эти результаты впервые показывают, что урбанизация нелинейно увеличивает интенсивность осадков разных продолжительности и периодов повторяемости. В течение короткой продолжительности (<3 часов) и коротких периодов повторяемости (2 года) в городских районах наблюдаются самые высокие скорости (≥19,9%/°C). Однако при более длительных периодах (≥9 часов) в сельских районах наблюдаются более высокие темпы масштабирования с меньшей степенью зависимости как от продолжительности, так и от периодов повторяемости. 

 

 Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL108565  

 

Океан является центральным компонентом климатической системы Земли. Однако он находится в постоянном движении, и понимание передачи кинетической энергии является ключом к улучшению моделей океана.

Различные океанские течения Земли регулируют наш климат, перемещая нагретую Солнцем воду от экватора к полюсам. Отслеживание того, как энергия движения течёт между различными уровнями циркуляции — от массивных струй и водоворотов до локализованных областей с высокой турбулентностью и наоборот — было давней научной задачей.
Теперь в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, группа океанографов разработала глобальную карту переноса энергии в океане, впервые описывающую, как круговороты, охватывающие тысячи километров, взаимодействуют с гораздо меньшими и недолговечными водоворотами.
«Я считаю, что то, что мы сделали, закладывает многообещающий план детерминистской атрибуции климата», — сказал Хусейн Алуие (Hussein Aluie), специалист по динамике жидкости из Рочестерского университета. «Это даёт нам основу для понимания того, как изменение климата в глобальном масштабе влияет на региональные закономерности, включая конкретные погодные явления».
С этой целью, по словам Алуие, команда стремится связаться с учёными, изучающими атмосферные реки или системы ураганов.

Массивные водовороты и турбулентные водовороты

Океанские круговороты — это вихревые циркуляции, вращающиеся по спирали внутри каждого из крупнейших океанских бассейнов мира. Подгоняемые ветром и вращением планеты, эти системы формируют долгосрочные климатические условия в прибрежных регионах, перенося тепло и управляя штормами. Их окружают большие постоянные течения, такие как Гольфстрим вдоль восточного побережья Соединённых Штатов.
Сотни тысяч закрученных водоворотов также распространены по океанам. Они формируются в виде небольших порций воды внутри течений и являются океаническим эквивалентом локальных погодных систем на суше.
В отличие от погоды на суше, которая обычно меняется в течение нескольких дней, эти вихри обычно длятся несколько недель или месяцев и могут преодолевать сотни тысяч километров, прежде чем рассеяться. Подобные закономерности затрудняют разработку математических формул для их описания.
«Учёные давно предполагают, что эти вездесущие и, казалось бы, случайные водовороты взаимодействуют с круговоротами климатического масштаба, но было неясно, как распутать эту сложную систему и измерить их взаимодействие», — сказал Алуие.
Команда разработала новый подход к описанию взаимодействия между круговоротами и вихрями, чтобы определить количество передаваемой кинетической энергии между ними.
«Это открывает замечательную картину того, как океан работает, которую мы хотели получить на протяжении поколений», — сказал Стивен Гриффис (Stephen Griffies), физик из NOAA и соавтор исследования. «Это позволяет нам визуализировать, как энергия движения течёт в разных масштабах, от планетарного масштаба до очень маленького, настолько маленького, насколько вы можете наблюдать».
На определённых широтах водовороты активизируют вихри. В других местах они ослабляются или извлекают из них энергию. И эти закономерности отражают то, что происходит в атмосфере.
Исследователи обнаружили, что модели потока энергии в океане опосредованы атмосферой и соответствуют трём основным атмосферным циркуляциям планетарного масштаба: низкоширотным ячейкам Хэдли, в которых воздух поднимается на экваторе и опускается примерно на 30° широты, ячейкам Феррела в средних широтах и полярным ячейкам. Там, где имеют место ячейки Хэдли, в полосе, известной как зона внутритропической конвергенции, передача энергии от круговоротов создаёт наиболее интенсивные турбулентные вихри.

Здесь показаны океанические погодные системы (вихри) на основе данных, наложенных на атмосферные течения климатического масштаба (линии с черными стрелками). Изображение показывает, как эти погодные системы океана активизируются (красные области) или ослабляются (синие области) при взаимодействии с климатическими масштабами, что соответствует схеме, отражающей глобальную циркуляцию атмосферы.

Это влияние атмосферы раньше не было концептуализировано, и именно поэтому это исследование представляет собой «шаговый сдвиг в нашем понимании цикла кинетической энергии океана», по словам Друва Балвады (Dhruv Balwada), физического океанографа из Земной обсерватории Ламонт-Доэрти, не участвовавшего в исследовании. «До этого [исследования] понимание того, как кинетическая энергия перемещается в масштабах, ограничивалось локальными регионами и масштабами до нескольких сотен километров. Эта методология позволяет впервые по-настоящему глобально оценить эти трансферты».

Картирование энергии движения

Новый подход команды основан на методе фильтрации, известном как грубая зернистость. Это похоже на то, как оптометрист использует серию линз, чтобы сделать зрение человека более чётким, только наоборот, говорит Бенджамин Сторер (Benjamin Storer), прикладной математик, специализирующийся на океанских процессах в Университете Рочестера. «Мы медленно, шаг за шагом отслеживаем, что меняется на каждом этапе». Анализ позволил исследователям подсчитать, сколько энергии задействовано в каждом масштабе разрешения.
Более чёткое понимание передачи энергии является ключом к пониманию динамики океана, говорит физический океанограф Сара Гилл (Sarah Gille) из Океанографического института Скриппса. Климатические модели часто игнорируют вихревые процессы, но «глобальная оценка силы» исследования даёт веские аргументы в пользу их решения, поскольку они играют сложную роль в глобальном энергетическом балансе, сказала она.
Большинство моделей глобальной системы Земли представляют океан с разрешением примерно 1° широты × 1° долготы — недостаточно высокого, чтобы отразить океанские водовороты. В настоящее время для включения вихрей используются региональные уменьшенные модели, но разрабатываются новые глобальные модели с «богатыми вихрями», сказал океанограф Джо О'Каллаган (Joe O’Callaghan) из Oceanly, который был сопредседателем официального документа Десятилетия океана Организации Объединённых Наций по глобальным системам наблюдения за океаном.
По словам О'Каллахана, одним из наиболее важных выводов команды является то, что многие океанские водовороты проникают через всю толщу воды. «Как океанограф-наблюдатель, [я думаю] это подчёркивает необходимость многомасштабных наблюдений от поверхности до глубин океана, чтобы охарактеризовать тепло, потоки или продуктивность на глубине».
Алуие планирует применить эту технику для картирования десятилетней изменчивости колебаний, таких как Южная кольцевая мода, описывающая движение с севера на юг пояса западных ветров, окружающего Антарктиду.

 

Ссылка: https://eos.org/articles/mapping-the-oceans-motion-energy

 

В последние десятилетия зимняя концентрация морского льда в Арктике наиболее заметно снизилась в Баренцевом и Карском морях. Однако неясно, что регулирует временной масштаб и пространственную структуру её изменчивости над Евразийской Арктикой. Авторы обнаружили, что изменчивость концентрации морского льда над Евразийской Арктикой демонстрирует два основных режима: десятилетний дипольный режим с противофазным изменением между Баренцевым и Карским морями и Восточной Гренландией и межгодовой монопольный режим с синфазным изменением между этими регионами. Этот десятилетний режим в основном является результатом междекадных изменений в переносе тепла в океане через проход Баренцева моря и Восточной Гренландией, отставая от атлантического многодесятилетнего колебания на 7–16 лет. Положительная дипольная мода концентрации морского льда с понижением над Баренцевым и Карским морями и возрастанием над Восточной Гренландией также связана с отрицательной фазой Арктического колебания. Однако потеря концентрацией морского льда межгодовой монопольной моды в основном связана с положительным арктическим диполем, состоящим из Уральского блокирования и положительной фазы Северо-Атлантического колебания, за счёт межгодовых изменений переносе тепла в океане через проход Баренцева моря и переноса атмосферной влаги или тепла. Далее авторы подчёркивают, что межгодовые атмосферные переносы и перенос тепла в океане через проход Баренцева моря, связанные с арктическим диполем, составляют ~66% и ~34% межгодовой изменчивости Евразийской арктической концентрации морского льда в течение 1960-2017 гг. соответственно. В десятилетних масштабах относительные вклады атмосферных переносов, связанных с арктическим колебанием и переносом тепла в океане, в изменчивость концентрации морского льда Евразийской Арктики составляют ~19% и ~81% соответственно. Особенно существенно усиливается вклад декадных атмосферных переносов в период 2000–2017 гг.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41612-024-00605-5