Найден способ сделать прогноз потепления в Арктике более точным

Ученые выяснили: если арктический воздух становится более насыщен водяным паром, усиливается нисходящий поток длинноволновой радиации при ясном небе. Это тепловое излучение, испускаемое атмосферой и достигающее поверхности Земли, когда нет облаков. Оно ускоряет рост температуры у поверхности Земли. Авторы исследования определили, что зимой 2005 года одновременно увеличился поток длинноволновой радиации в Восточном полушарии Арктики и произошел скачок температуры — в среднем до 5°С. Эти наблюдения помогут уточнить прогнозы по арктическому потеплению. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Dynamics of Atmospheres and Oceans.

В последние десятилетия человечество живет в эпоху глобального потепления климата. При этом в среднем темпы потепления в Арктике в разы превышают среднемировые. Такое свойство климатической системы Земли получило название Арктического усиления глобального потепления. Происходит оно из-за высокой чувствительности Арктики к внешним воздействиям, в частности, к увеличению количества парниковых газов в атмосфере. Наиболее ярко Арктическое усиление проявляется в зимний сезон, однако температуры в Арктике повышаются неравномерно. Из-за этого обобщенные численные модели на основе средних для региона температур, которые используются для климатических прогнозов в полярных широтах, имеют очень высокую погрешность. Поэтому важно изучать детальную структуру и механизмы климатических изменений в Арктике с использованием различных современных данных, основанных на измерениях и моделях.

Ученые из Международного центра по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена (Санкт-Петербург) установили, что в 2005 году произошло резкое повышение зимних температур и увеличение поверхностного потока нисходящей длинноволновой радиации при ясном небе в Восточном полушарии Арктики, причем преимущественно над районами Северного Ледовитого океана и арктических морей России. Поверхностный поток нисходящей длинноволновой радиации при ясном небе — это тепловое излучение, испускаемое атмосферой, которое достигает поверхности Земли, когда нет облаков. Авторы проанализировали данные климатического реанализа ERA5 (анализа глобальных непрерывных данных за прошедшие годы, полученных путем сочетания наблюдений с численной гидродинамической моделью) и результаты спутниковых наблюдений с высоким пространственным разрешением. Для этого использовали статистическую модель ступенчатых изменений.

Климатический реанализ ERA5 позволил ученым проследить, как менялись температура, поток длинноволновой радиации и другие показатели в узлах сетки с пространственным разрешением в четверть градуса широты (28 километров) на четверть градуса долготы (от 11 километров до 0 километров в точке полюса) в период с 1959 по 2022 год. Совместно со спутниковыми данными по температуре и другим параметрам авторы использовали их для построения модели изменения температуры и потока радиации во всей Арктике (67°с.ш.–90°с.ш.). Южная граница Арктического региона была выбрана практически по Северному полярному кругу, поэтому общая площадь Арктики в данном исследовании составила 20,4 миллионов квадратных километров.

Оказалось, что в зимний период (с декабря по март) с 2005 по 2022 год температура поверхности Земли и приповерхностная температура воздуха в среднем возросли на 5°С по сравнению с периодом 1959–2004 годов. Поток нисходящей длинноволновой радиации при ясном небе за это же время возрос на 9%. Опираясь на полученные данные, исследователи сделали вывод, что резкое потепление зимнего климата Арктики в Восточном полушарии тесно связано с радиационными процессами в атмосфере. То есть именно усиление потока радиации стало главной причиной потепления. Это можно объяснить тем, что в атмосфере Арктики стало больше водяного пара, который может переноситься в этот регион из более теплых широт с воздушными массами. Кроме того, поток нисходящей длинноволновой радиации при ясном небе мог увеличиться и из-за повышения температуры воздуха в различных слоях атмосферы, что также приводит к возрастанию концентрации водяного пара, потому что в теплом воздухе его содержится больше, чем в холодном.

Данные о температуре со спутников подтвердили, что 2005 год стал годом, когда состояние климатической системы Арктики сильно изменилось, а температура резко возросла из-за увеличения поверхностного потока нисходящей длинноволновой радиации. При этом наибольшие изменения произошли в Восточном полушарии (в зоне между нулевым меридианом — долготой Лондона — и 180°, меридианом в Тихом океане).

Ранее ученые определили, что в полярных широтах Восточного полушария в слоях атмосферы на высоте от 100 метров до 2 километров потоки тепла направлены преимущественно в Арктику, а в Западном полушарии — из Арктики. Это оказывает отепляющий эффект на Восточное полушарие Арктики и охлаждающий — на ее Западное полушарие. Поэтому полученные в новом исследовании результаты о наиболее сильном потеплении в Восточном полушарии и их связи с атмосферными процессами согласуются с предыдущей работой.

«Это исследование вносит существенный вклад в понимание современных климатических изменений в Арктике, что очень важно для социально-экономического развития региона и планирования мер по адаптации к изменению климата. Полученные результаты будут использованы при оценке влияния атмосферных потоков тепла и влаги на климатические обратные связи в Арктике», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Михаил Латонин, кандидат географических наук, научный сотрудник Международного центра по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Нансена.