Ученые сообщают, что повышение глобальной температуры, особенно в Арктике, приводит к перераспределению энергии в атмосфере: больше энергии доступно для разжигания гроз и других локальных конвективных процессов, в то время как меньше энергии уходит на летние внетропические циклоны – более крупные и мягкие погодные системы. которые распространяются на тысячи километров. Эти системы обычно связаны с ветрами и фронтами, вызывающими дождь.
«Внетропические циклоны способствуют вентиляции воздуха и загрязнению воздуха, поэтому с более слабыми внетропическими циклонами летом вы смотрите на возможность увеличения количества дней с плохим качеством воздуха в городских районах», – говорит автор исследования Чарльз Гертлер, аспирант кафедры Массачусетского технологического института. Науки о Земле, атмосфере и планетах (EAPS). "Помимо качества воздуха в городах, у вас есть потенциал для более разрушительных гроз и более застойных дней с, возможно, более продолжительными волнами тепла."
Гертлер и его соавтор, доцент Пол О’Горман из EAPS, публикуют свои результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Сжимающийся градиент
В отличие от более сильных тропических циклонов, таких как ураганы, внетропические циклоны представляют собой крупные погодные системы, которые возникают к полюсу от тропической зоны Земли. Эти штормовые системы вызывают быстрые изменения температуры и влажности на фронтах, охватывающих большие территории Соединенных Штатов. Зимой внетропические циклоны могут обрушиться на Норьистер; летом они могут принести все: от общей облачности и слабых ливней до сильных порывов ветра и грозы.
Внезапные циклоны подпитываются горизонтальным температурным градиентом атмосферы – разницей в средних температурах между северными и южными широтами.
Этот температурный градиент и влажность в атмосфере создают в атмосфере определенное количество энергии, которая может подпитывать погодные явления. Чем больше градиент, скажем, между Арктикой и экватором, тем сильнее будет внетропический циклон.
В последние десятилетия Арктика нагревается быстрее, чем остальная часть Земли, в результате чего горизонтальный градиент температуры атмосферы сокращается.
Гертлер и О’Горман задались вопросом, повлияла ли и как эта тенденция потепления на энергию, доступную в атмосфере для внетропических циклонов и других погодных явлений в летнее время.
Они начали с изучения глобального повторного анализа зарегистрированных климатических наблюдений, известного как ERA-Interim Reanalysis, проекта, который собирает доступные спутниковые и метеозондные измерения температуры и влажности по всему миру с 1970-х годов. На основе этих измерений проект создает мелкозернистую глобальную сетку расчетных значений температуры и влажности на различных высотах в атмосфере.
Исходя из этой сетки оценок, команда сосредоточилась на Северном полушарии и регионах между 20 и 80 градусами широты.
Они взяли среднюю летнюю температуру и влажность в этих регионах с июня, июля и августа для каждого года с 1979 по 2017 год. Затем они вводили среднегодовые значения температуры и влажности в летнее время в алгоритм, разработанный в Массачусетском технологическом институте, который оценивает количество энергии, которое будет доступно в атмосфере, с учетом соответствующих условий температуры и влажности.
«Мы можем видеть, как эта энергия увеличивается и уменьшается с годами, и мы также можем разделить, сколько энергии доступно для конвекции, которая проявляется, например, в виде гроз, по сравнению с более крупномасштабными циркуляциями, такими как внетропические циклоны», – О’Горман говорит.
Видя изменения сейчас
С 1979 года они обнаружили, что энергия, доступная для крупномасштабных внетропических циклонов, уменьшилась на 6 процентов, в то время как энергия, которая могла бы подпитывать меньшие, более локальные грозы, выросла на 13 процентов.
Их результаты отражают некоторые недавние данные в Северном полушарии, предполагающие, что летние ветры, связанные с внетропическими циклонами, уменьшились с глобальным потеплением. Наблюдения из Европы и Азии также показали усиление конвективных осадков, например, от гроз.
«Исследователи обнаруживают эти тенденции в ветрах и осадках, которые, вероятно, связаны с изменением климата», – говорит Гертлер. "Но это первый раз, когда кто-либо надежно связал среднее изменение в атмосфере с этими событиями в субдневной шкале времени. Итак, мы представляем единую структуру, которая связывает изменение климата с изменяющейся погодой, которую мы наблюдаем."
Результаты исследователей оценивают среднее влияние глобального потепления на летнюю энергию атмосферы в Северном полушарии. В дальнейшем они надеются, что смогут решить эту проблему и увидеть, как изменение климата может повлиять на погоду в более конкретных регионах мира.
«Мы хотели бы выяснить, что происходит с доступной энергией в атмосфере, и нанести тенденции на карту, чтобы увидеть, растет ли она, скажем, в Северной Америке по сравнению с Азией и океаническими регионами», – говорит О’Горман. "Это то, что нужно изучить подробнее."