Изменение климата приводит к усилению экстремальных дождей больше, чем обычных осадков. Новое исследование демонстрирует, что фронтальные дожди увеличиваются сильнее всего, и объясняет, почему экстремальные осадки, вызванные другими явлениями, не подвержены такому же влиянию.
«Нам пришлось остановить машину, потому что мы не видели дороги», — рассказывает Кьерсти Консталии. «Шёл проливной дождь с градом, и удары молний раздавались каждые три секунды».
Исследовательница осадков из Центра Бьеркнеса и Геофизического института при Университете Бергена вспоминает поездку на автомобиле между норвежскими городами Тёнсберг и Драммен в середине июля этого года.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале «Geophysical Research Letters», она и её коллеги изучили механизмы, которые делают самые сильные осадки не просто более экстремальными, но и более экстремальными по сравнению с менее экстремальными осадками.
Более высокая температура воздуха способствует увеличению количества осадков. Хорошо известно, что экстремальные осадки усиливаются с повышением температуры больше, чем слабые осадки. Периоды экстремальных осадков становятся более влажными, чем средние осадки за дни и годы, как в относительных, так и в абсолютных значениях.
Но исследователей заинтересовало, что не все экстремальные осадки одинаково подвержены влиянию изменения климата. Самые экстремальные дожди усиливаются больше, чем менее экстремальные.
Что может стоять за этой разницей?
Исследователи рассмотрели различные типы погоды, связанные с осадками: внетропические циклоны, погодные фронты и атмосферные реки, а также комбинации этих явлений. Используя симуляции климатической модели, они изучили погоду во время шестичасовых периодов экстремальных осадков в период с 1950 по 2100 год.
«Экстремальные осадки, связанные с фронтами, значительно увеличиваются», — говорит Кьерсти Консталии. «Я была удивлена, увидев, насколько очевидна разница между различными типами погоды».
Сильные дожди, которые происходят без каких-либо фронтов поблизости, в будущем не приведут к увеличению осадков в некоторых частях мира, а скорее к их уменьшению.
Повышение температуры должно влиять на осадки. Для каждого градуса повышения температуры воздуха насыщенный воздух будет содержать на 7% больше водяного пара. Это простой закон природы, который позволяет воздуху выделять на 7% больше воды. Теоретически мы можем ожидать на 7% больше осадков, когда идёт дождь.
Но для образования капель дождя наличие влаги в воздухе — это только первый шаг. Воздух также должен подниматься и достаточно охлаждаться, чтобы водяной пар конденсировался в воду. Такое восхождение происходит в циклонах и фронтах или когда воздух приближается к горам.
Окончательный результат зависит от того, где расположены минимумы и фронты, насколько они сильны и достаточно ли охлаждается поднимающийся воздух. Таким образом, погодные системы смягчают простой закон природы, требующий на 7% больше осадков.
Ни один простой закон природы не может сказать, как это обернётся в более тёплом мире.
«Почему не идёт больше дождя?» — риторически спрашивает Кьерсти Консталии. Экстремальные осадки, которые происходят в отсутствие фронтов, увеличиваются меньше, чем на 7% на градус, предсказанное потеплением воздуха, возможно, всего на несколько процентов или вовсе не увеличиваются.
«Фронты — это единственный тип погоды, который может полностью использовать дополнительную влагу», — отвечает она на свой вопрос. «Другим типам погоды не удаётся выжать из воздуха всю воду».
Несмотря на тип погоды, более тёплый воздух будет содержать больше водяного пара. Но подъём, происходящий во внетропических циклонах и атмосферных реках, недостаточно усиливается, чтобы превратить весь их дополнительный пар в воду. Только во фронтах Кьерсти Консталии и её коллеги обнаружили такую повышенную эффективность.
Фронты — это резкие разделения между тёплыми и холодными воздушными массами. Там, где тёплый и холодный воздух встречаются, тёплый воздух поднимается над холодным, и образуются облака и осадки.
По мере того как водяной пар конденсируется в жидкую воду, выделяется тепло. Воздух в облаках и вокруг них становится теплее, потому что образуются капли. Это обостряет температурный градиент между тёплой и холодной стороной фронта — определяющая характеристика фронта.
Воздух вокруг фронта находится в постоянном движении, и, в отличие от других рассматриваемых погодных явлений, весь дополнительный доступный водяной пар превращается в воду.
Фронты связаны с системами низкого давления. До сих пор нет единого мнения о том, сделает ли изменение климата внетропические циклоны более или менее интенсивными. Но сильные фронты усиливаются во время дождя, а более сильные фронты приводят к ещё большему количеству осадков. Эффект является самоусиливающимся.
Экстремальная погода с фронтами уже генерирует самые сильные осадки во внетропических регионах. Тот факт, что фронтальные осадки больше всего увеличиваются с повышением температуры, означает, что самые экстремальные осадки наиболее сильно подвержены влиянию глобального потепления.
Самые влажные дни случаются, когда циклоны приходят с фронтами и атмосферной рекой — мощной троицей и сейчас, и в будущем. Но из трёх факторов именно фронт вызывает наибольшее увеличение.
Хотя осень и зима — это высокий сезон для продолжительных и обильных дождей, даже явно локальные летние ливни могут быть вызваны фронтами.
Гроза, которую Кьерсти Консталии пережила во время поездки в среду днём в июле, не была локальным явлением. На большей части Южной Норвегии воздух был тёплым и нестабильным. Когда погодный фронт поднял его, небо вспыхнуло не только в Южной и Восточной Норвегии, но и в западной части страны, а также над Скагерраком и Южной Швецией.
«Автомобиль — самое безопасное место, чтобы переждать грозу», — говорит исследовательница осадков Консталии. «Но нам пришлось остановиться».
На этот раз дожди были интенсивными, но непродолжительными. Через пять-десять минут самое страшное прошло, и они смогли завести машину и отправиться в путь.
Предоставлено Центром климатических исследований Бьеркнеса.