Перенос тепла в океане связывает субполярное и арктическое потепление, но это еще не все, пишет Алекси Нуммелин. Прочтите его отчет о том, как он, Камилла Ли и Пол Хезель работали над разгадыванием климатической загадки.Перенос тепла в океане связывает потепление в приполярном и арктическом регионах, но это еще не все.
Около года назад Камилла, Пол и я поняли, что чего-то не хватает в нашем понимании роли океана в потеплении Арктики, и пришло время это выяснить! Вот наша история:
Одна из сильных сторон глобального потепления при увеличении концентрации парниковых газов заключается в том, что в разных местах прогревается с разной скоростью.Наблюдения уже показали, что поверхность Земли нагревается быстрее всего в полярных регионах и медленнее всего в тропиках. С другой стороны, наблюдения и результаты моделирования показали, что океан нагревается быстрее всего в средних широтах и ??в Арктике (Levitus et al.
2012, Wu et al. 2012, Armor et al. 2016).
Действительно, модель потепления океана не совсем такая же, как модель атмосферного потепления. Что заставляет потепление океана идти по другому сценарию, чем атмосферное потепление, и как они связаны?
Мы решили ответить на эти вопросы, исследуя моделирование климата в течение текущего столетия. Мы начали с построения теплового баланса для глобального океана в норвежской модели системы Земли (NorESM), полностью связанной модели океан-атмосфера, используемой в Норвегии. Результаты модели четко согласуются с данными наблюдений; океан нагревается быстрее всего в средних широтах и ??в Арктике.Так почему такой узор?
Следующим шагом было изучение обмена энергией через поверхность океана в NorESM и других климатических моделях.Оказывается, быстрое потепление в каждом регионе имело свою причину.В средних широтах на севере океан нагревается быстро, потому что больше солнечного света достигает поверхности океана.
Это происходит потому, что субтропическая область высокого давления на юге расширяется на север и отталкивает облачное небо.Расширение субтропической области высокого давления на север на самом деле представляет собой еще одну довольно сложную историю, но ее краткая версия выглядит примерно так: обычно воздух поднимается в тропиках и опускается в субтропиках, но глобальное потепление обычно заставляет воздух подниматься вверх (теплый воздух — легкий). и действует против нисходящего движения в субтропиках. Поскольку воздух должен куда-то спускаться, нисходящая ветвь циркуляции просто движется дальше на север.
Моделирование NorESM также показало, что в ответ на изменения циркуляции в атмосфере весь субтропический океанский круговорот также немного перемещается на север.Северный Ледовитый океан нагревается, потому что он получает больше тепла от приполярных океанов, которые нагреваются, потому что теряют меньше тепла в теплеющую атмосферу выше. Это был один из важных результатов нашего исследования, поскольку мы отметили, что потепление Северного Ледовитого океана было связано с потеплением субполярной атмосферы, а не с потеплением океана в средних широтах.Чтобы понять связь между субполярным и арктическим миром в деталях, полезно сначала рассмотреть среднегодовую картину взаимодействия океана и атмосферы на этих северных широтах.
В среднем относительно теплый океан теряет тепло по сравнению с относительно холодной атмосферой наверху. Однако при глобальном потеплении атмосфера нагревается намного быстрее, чем поверхность океана, и в результате потери тепла океаном ослабевают. В каком-то смысле атмосфере не нужно столько тепла от океана, как раньше, и океан с радостью сохраняет тепло. Дополнительное тепло не остается в субполярных океанах, но доставляется в Арктику за счет океанической циркуляции, подобно тому, как быстро нагревающийся Южный океан в средних широтах получает дополнительное тепло.
Действительно, в прошлом году Armor et al. показали, что сигнал атмосферного потепления в субполярном Южном океане перемещается в быстро нагревающиеся южные средние широты с экваториальной циркуляцией океана. Наш анализ результатов климатической модели показывает, что локально в быстро нагревающихся южных средних широтах атмосфера даже противодействует потеплению океана, поскольку поверхностный океан теряет все большее количество тепла в атмосферу.Получив эти результаты, мы были в восторге.
Между субполярным регионом и Арктикой существовала океаническая связь, которая потенциально могла также связать атмосферное потепление в этих двух регионах.Как отмечалось в самом начале, одной из сильных сторон глобального потепления является относительно медленное потепление в тропиках и относительно быстрое потепление в Арктике.
Это явление известно как арктическое усиление, и оно вызвано несколькими достаточно хорошо изученными механизмами, хотя их относительная важность все еще обсуждается.Однако менее понятно, почему модели расходятся во мнениях относительно степени усиления Арктики, которое происходит в условиях глобального потепления. Согласно последним оценкам климатических моделей, в Арктике потепление в 2–5 раз больше, чем в тропиках.Поскольку одной из причин усиления Арктики является сокращение морского ледяного покрова, мы предположили, что механизм, связывающий субполярный регион и Арктику, может быть следующим: поскольку океан теряет меньше тепла в атмосферу в субполярном регионе, он остается относительно тепло, как воды, впадающие в Арктику.
Более теплые воды текут на север, и, следовательно, океан также замерзает намного дальше на север, отодвигая край морского льда на север.Поскольку атмосфера получает больше тепла от открытой воды, чем от покрытого льдом океана, атмосферное потепление усиливается в областях потери морского льда. Имея в виду эту возможность, мы вернулись к результатам климатической модели и заметили, что уменьшение субполярных потерь тепла свидетельствует об увеличении потерь тепла океаном в Арктике, что приводит к сильному усилению в Арктике.
Океан соединил Арктику с приполярным регионом! После этого осознания части истории начали складываться на свои места.По мере того, как атмосфера в приполярном регионе нагревается, океану остается все больше тепла, чтобы уносить его в Арктику. Часть дополнительного тепла, переносимого океаном, возвращается обратно в атмосферу в пределах Арктики, что объясняет некоторые различия в усилении Арктики между моделями.
Однако возник один вопрос без ответа. В ходе анализа модели мы поняли, что атмосферное потепление в Арктике более тесно связано с атмосферным потеплением в субполярном регионе, чем предполагала наша океаническая связь.
Хотя связь с океаном была явно жизнеспособной, казалось, что в игру вступает нечто большее.Хотя нам не удалось определить причину такой сильной связи, мы надеемся, что она послужит источником вдохновения для будущих исследований.