Струйные течения часто называют «мотором» глобальной погоды: высотные ветровые потоки направляют области высокого и низкого давления, играя решающую роль в формировании погоды. Однако до сих пор неясно, как эти атмосферные потоки влияют на изменение климата.
Команда учёных-климатологов из Лейпцигского университета, работающая с другими исследовательскими институтами, разработала новый метод, который позволяет глубже понять так называемое струйное течение, движимое вихрями в Южном полушарии (Eddy-Driven Jet, EDJ). Это достижение, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, открывает путь к более точным прогнозам в ближайшие годы о том, как этот ветровой пояс может реагировать на изменение климата.
Влияние на погоду в Южном полушарии
В Южной Америке, на юге Африки, в Австралии и Океании летняя погода сильно зависит от струйного течения, движимого вихрями в Южном полушарии, — ветрового пояса, который проходит на высоте 1,3–1,5 километра над землёй. Однако современные климатические модели с трудом предсказывают его поведение из-за сложности взаимодействия различных факторов, которые могут привести к изменениям в воздушном потоке.
Исследование доктора Юлии Миндлин
Доктор Юлия Миндлин и её коллеги из Института метеорологии Лейпцигского университета запустили исследовательский проект, проанализировав данные измерений и показав, что скорость ветра в EDJ увеличилась, а ветровой пояс постоянно смещался дальше к Южному полюсу.
Они использовали инновационные методы для изучения причин этих изменений. Сначала учёные проанализировали исторические климатические данные, чтобы определить, как изменилось летнее струйное течение в Южном полушарии с 1950 года. Чтобы понять, что вызывает изменения в струйном течении, команда использовала статистическую основу, называемую причинно-следственным выводом. Этот метод помогает разделить влияние отдельных климатических факторов, даже если они тесно связаны.
Используя этот подход, исследователи смогли отделить различные эффекты и количественно оценить роль каждого фактора. Они связали эти выводы с подходом «сюжетной линии». Климатические сюжетные линии изображают изменения как причинно-следственную цепочку событий и являются важным инструментом в климатических исследованиях для объяснения неопределённостей в климатических прогнозах, возникающих из-за различий в модельных симуляциях.
Результаты исследования
Объединив эти методы расчёта, исследователи обнаружили, что 50% наблюдаемого сдвига в струйном течении Южного полушария напрямую связано с глобальным потеплением. Другая половина вызвана сочетанием других климатических изменений, включая потепление верхней тропической атмосферы, усиление ветров в стратосфере (втором слое атмосферы Земли) и потепление в тропической части Тихого океана.
Исследователи также обнаружили, что сочетание этих факторов ответственно за наблюдаемое ускорение струйного течения. Кроме того, глобальное потепление играет роль в скорости ветра в струйном течении. Команда также изучает, как эти факторы влияют на струйное течение в других частях мира, например, над Тихим океаном и Атлантико-Индийским океаном.
«Результаты показывают, насколько сложна реакция струйного течения на изменение климата, особенно с точки зрения быстрого усиления ветров», — объясняет Миндлин.
Для более точного прогнозирования поведения струйного течения в ближайшем будущем исследователи использовали численные климатические модели. Однако эти модели не всегда согласуются друг с другом, особенно когда речь идёт о краткосрочных изменениях. В качестве решения этой проблемы команда сравнила прогнозы моделей с фактическими наблюдениями, чтобы проверить, насколько хорошо модели отражают важные части климатической головоломки.
Сосредоточившись на аспектах, которые модели точно улавливают, исследователи смогли сузить диапазон возможных будущих сценариев. Это приводит к более надёжным прогнозам изменений в струйном течении в ближайшие десять лет.
«В прошлом исследования в основном были сосредоточены на долгосрочных климатических изменениях. Однако в последнее время в центре внимания оказались краткосрочные изменения, поскольку они становятся всё более актуальными для лиц, принимающих решения», — объясняет Миндлин. «Методы, которые мы предлагаем, могут быть использованы для улучшения климатических прогнозов на следующие 10 лет».
Это исследование является результатом работы рабочей группы Climate Causality Лейпцигского университета. Она проводит исследования изменений в климатической системе и возглавляется младшим профессором доктором Марлен Кречмар, которая также работала над исследованием.
«Цель наших исследований — лучше понять климатические риски и снизить неопределённость региональных прогнозов и проекций, когда речь идёт о экстремальных погодных явлениях и климатических событиях», — говорит Кречмар.
В исследовании также приняли участие учёные из Университета Рединга (Великобритания), Исследовательского центра Юлиха и Университета Буэнос-Айреса (Аргентина). В будущем рабочая группа планирует продолжить использование сочетания причинных методов и сюжетных линий для лучшего понимания таких явлений, как региональные засухи и волны тепла.
Предоставлено Лейпцигским университетом.