Trzy lata temu odkryto nowy wzorzec klimatyczny. Zachodzi on w interakcji klimatycznej ocean-atmosfera. Dziś się okazuje, że ma duże powiązania z obszarami na średnich szerokościach.
Dotychczas ukazało się niewiele publikacji naukowych na temat międzyrocznej zmienności temperatury powierzchni morza (SST) na całej subtropikalnej półkuli południowej. Główną przyczyną jest niedobór obserwacji w tym regionie Ziemi. Zwłaszcza w czasach przedsatelitarnych jest zaznaczonych wiele luk w bezpośrednich badaniach oceanów. I nawet do dziś wiedza na temat oceaniczno-atmosferycznych zmienności klimatycznych nie jest do końca spójna.
Oceany na półkuli południowej zajmują ponad 80 proc. powierzchni. Mają one znaczący wpływ na występowanie zmienności opadów na nielicznych lądach. W dużym zakresie zależna jest od nich regionalna gospodarka oraz zwykłe życie ludzi w Ameryce Południowej, w południowej części Afryki, w południowowschodniej Azji czy też w Australii, Nowej Zelandii i na wielu licznych wyspach pacyficznej Oceanii.
New article just out – Published in JGR Oceans
— Balaji Senapati 🇮🇳 (@balaji_senapati) July 6, 2024
First attempt to successfully simulate the wavenumber-4 pattern of Southern Ocean sea surface temperature using a coupled model, uncovering the underlying physical processes.
Find the full article here: https://t.co/ajRvXadRhm
Czym jest naturalna zmienność klimatu?
– Naturalna zmienność klimatu (Climate Variability) jest to sposób, w jaki składniki klimatu (takie jak temperatura i opady) różnią się od średniej. Występuje ona z powodu naturalnych i czasami okresowych zmian w cyrkulacji powietrza i oceanu, erupcji wulkanów i innych czynników – podaje na swojej stronie sieciowej Korporacja Uniwersytecka Badań Atmosferycznych (UCAR).
Antropogeniczne zmiany klimatu, czyli głównie emisje gazów cieplarnianych ze spalania paliw kopalnych, powodują także wzmocnienia naturalnych zmienności klimatu, którym niejednokrotnie towarzyszą ekstremalne zjawiska pogodowe.
Oceaniczno-atmosferyczne naturalne zmienności klimatu, jak oscylacje oceaniczno-atmosferyczne czy wzory klimatyczne (np. dipole oceaniczno-atmosferyczne), są właśnie częstymi czynnikami klimatycznymi, które mają bardzo duży wpływ na pogodę i klimat w poszczególnych rejonach planety na lądach, czyli tam, gdzie rozwija się ludzka cywilizacja i rozwijają się ekosystemy.
Wykazują się tym, że często tak jest, że np. gdy we wschodniej części jakiegoś oceanu wody są ciepłe, to w zachodniej są chłodne. I na odwrót. Gdy we wschodniej części jakiegoś oceanu wody są chłodne, to w zachodniej są ciepłe. Działa tu pewnego rodzaju cykliczność naturalnych zmienności.
Zmienność temperatury powierzchni morza – główny czynnik częstych niedoborów opadów nad lądami
Naukowcy doszli do wniosku, że na niedobór opadów na lądach w wielu regionach świata, w tym na półkuli południowej, ma wpływ właśnie zmienność temperatury powierzchni morza. I zachodzi ona najczęściej w oceanach subtropikalnych i na średnich szerokościach.
W klimacie subtropikalnym przede wszystkim kluczowym czynnikiem sprawczym jest wspomniany parametr temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature). Ponieważ ma on bardzo silne interakcje z atmosferą.
Zmienność SST na półkuli południowej subtropikalnej i średnich szerokości geograficznych oddziałuje w dużym zakresie na globalny klimat, a dzieje się to poprzez dynamikę oceanu, atmosfery i klimatu.
Dawno odkryty wzorzec klimatyczny liczby na półkuli południowej
Na łamach Geophysical Research Letters w 2010 r. chiński fizyk atmosfery Fuxing Wang zaproponował w strefie klimatu subtropikalnego na półkuli południowej nowy wzorzec klimatyczny o liczbie falowej 3. Występuje on w okresie lata w Australii. Według jego obliczeń, na ukształtowanie się jego miały wpływ trzy dipole:
- subtropikalny na południowym Atlantyku (SAOD),
- subtropikalny na południowym Oceanie Indyjskim (SIOD),
- subtropikalny na średnich szerokościach półkuli południowej
W interakcji z subtropikalną atmosferą wszystkie trzy dipole zsynchronizowane tworzą z sobą wzorzec klimatyczny o liczbie falowej 3.
Odkrycie znaczącej zmienności temperatury powierzchni morza w okresie zimowym między Australią a Nową Zelandią
Naukowcy z Uniwersytetu w Reading odkryli niedawno, że temperatura powierzchni morza osiąga swój szczyt w okresie zimowym (grudzień-styczeń-luty) między Australią a Nową Zelandią. Wówczas ma miejsce największa międzyroczna zmienność. A jej przyczynami są:
- intensywne nasłonecznienie,
- płytsza głębokość warstwy dobrze wymieszanej (MLD – Mixed Layer Depth),
Dzięki temu zachodzi silna interakcja przyległej atmosfery z powierzchnią oceanu.
Swoje spostrzeżenia badacze zamieścili w czasopiśmie JGR Oceans.
Hinduski meteorolog Balaji Senapati. główny autor badania na Uniwersytecie w Reading, podkreślił, że kiedy fala atmosferyczna się przemieszcza, wpływa na temperaturę oceanu, tworząc cztery ciepłe i chłodne obszary: – Ten wzorzec pogodowy działa jak globalna reakcja łańcuchowa. Tworzy cztery naprzemiennie ciepłe i chłodne obszary w oceanach, tworząc pełne koło na półkuli południowej. Zaczyna się w pobliżu oceanu Nowej Zelandii i Australii. Kiedy temperatura oceanu zmienia się na tym małym obszarze, wywołuje to efekt domina w atmosferze. Tworzy to wzorzec przypominający falę, który przemieszcza się po całej półkuli południowej, niesiony przez silne wiatry zachodnie. Ocean odgrywa dużą rolę w tym procesie. Kiedy fala atmosferyczna zmienia wzorce wiatru, wpływa to na sposób przemieszczania się ciepła między oceanem a powietrzem. Zmienia to głębokość górnej warstwy cieplejszej wody oceanu, co może powodować silniejsze lub słabsze zmiany temperatury.
Trzy lata temu odkryto nowy wzorzec klimatyczny o liczbie falowej 4
Na podstawie poprzednich badań, zamieszczonych w Scientific Reports (2021), w Geophysical Research Letters (2022) oraz obecnych, badacze z Reading krok po kroku odkryli, że nowy wzorzec klimatyczny o liczbie falowej 4 odznacza się zasadniczą zmiennością nie tylko dekadową, ale też roczną. Ma też on wpływ na zmienność ilości opadów deszczu na lądach na półkuli południowej.
Okazuje się, że SST-W4 – tak się nazywa profesjonalnie ten wzorzec – ma zasięg atmosferyczno-oceaniczny. Występuje on na subtropikalnych średnich szerokościach półkuli południowej. Ma silne powiązania z wieloma regionami pozasubtropikalnymi. I właśnie tym zasadniczo różni się od wzorca o liczbie falowej 3, który jest powiązany tylko z obszarami subtropikalnymi.
Swoją zmiennością wzorzec SST-W4 przypomina zachowaniem El Niño, ale zaczyna się na średnich szerokościach, a nie w tropikach. Występuje niezależnie od niego. A także od innych systemów pogodowych.
Wzorzec ten przebiega w cyrkulacji okołobiegunowej, dookoła Antarktydy, zgodnie z kierunkiem wiejących Wiatrów Zachodnich. Został zauważony w obszarze morskim pomiędzy Australią a Nową Zelandią. I tak samo został rozpoznany w interakcji między atmosferą a oceanem.
Termodynamicznie SST-W4 powstaje dzięki sprzężeniom zwrotnym pomiędzy:
- wiatrem południkowym,
- strumieniem ciepła powierzchniowego,
- warstwą mieszanej wody oceanicznej.
Wzrost i zanik wzorca SST-W4
Obecnie interakcje ocean-atmosfera nie są dobrze zbadane dla wzorca SST-W4. Naukowcy z Reading mocno zastanawiają się, w jaki sposób wiatr może wpływać na zmianę głębokości dobrze wymieszanej warstwy wody oceanicznej (MLD – Mixed Layer Depth). I także, jak moduluje ona anomalie temperatury powierzchni morza (SST). I czy zmiana MLD jest spowodowana:
- efektem wzburzenia wiatru,
- efektem wyporności termicznej, czy też
- obydwoma efektami na raz
A jeśli tak, to jaki jest ich indywidualny wkład w zmienność MLD.
Naukowcy doszli do wniosku, że rola wiatru, strumienia ciepła powierzchniowego i zmian warstw mieszanych w rozwoju wzorca SST-W4 wymaga jeszcze bardzo dokładnego zbadania. Dali jednak do zrozumienia, że zmiany SST w południowo-zachodniej subtropikalnej części Pacyfiku (SWSP) odgrywają kluczową rolę w generowaniu wzorca W4 w atmosferze. Co też ma przełożenie na zmiany SST w trakcie australijskiego lata.
Trzy lata temu zespół naukowy Senapatiego zasugerował, że wzorzec SST-W4 zanika z powodu termodynamicznego rozdzielenia między górnym oceanem a przyległą atmosferą.
Rola oceanu nie jest brana pod uwagę w fazie zaniku. A jest ona niezbędna do rozważenia podczas badania zmienności temperatury powierzchni morza (SST), zwłaszcza w strefie subtropikalnej.
Żmudne symulacje komputerowe przynoszą coraz większe efekty. Odkrywamy dynamikę oceanów na nowo
Zastosowany przez naukowców sprzężony model o charakterze interaktywnym umiejętnie łączył elementy atmosferyczne, oceaniczne, ale też lodu morskiego. Celem ich była symulacja procesów interakcji powietrze-morze podczas faz wzrostu i zaniku wzorca SST-W4. W badaniu tym została też wzięta pod uwagę kompleksowa analiza systemu klimatycznego Ziemi. Dzięki temu, zespołowi z Reading udało się zidentyfikować powtarzalność tego wzorca na podstawie naprzemiennych zmian temperatury powierzchni morza. Okrąża on średnie szerokości wokół półkuli południowej.
– Niniejsze badania mają na celu identyfikację sezonowej ewolucji wzorca SST-W4. Zarówno pod względem jakościowym, jak i ilościowym. Przeprowadziliśmy w swoich eksperymentach kontrolną (CTL) 300-letnią symulację z wykorzystaniem przedindustrialnych wymuszeń radiacyjnych. A w celu skutecznego generowania wzorców SST i W4 wykonaliśmy również serie 100-letnich symulacji czułości. Po to, aby wyjaśnić możliwe źródła aktywności konwekcyjnej nad południowo-zachodnim subtropikalnym Pacyfikiem W celu wygenerowania oceanicznego wzorca SST i atmosferycznego W4 – napisali w swojej publikacji naukowcy z Uniwersytetu w Reading.
Czy SST-W4 jest nadzieją na poprawienie prognoz pogody i przewidywań zmian klimatu?
Przewidzenie zachodzenia zmienności temperatury wody w oceanie (cieplejszej lub chłodniejszej) w interakcji z atmosferą na subtropikalnych i średnich szerokościach pozwoli naukowcom oszacować jak mocno pogoda czy zmiana klimatu mogłaby wywołać skutki w zjawiskach pogodowych.
Dlatego też pogłębiona wiedza na temat naturalnych zmienności klimatu, które mają przemożny wpływ na antropogeniczne zmiany klimatu, pozwoli ostrzec wiele społeczności ludzkich przed nadchodzącymi kataklizmami. Niestety gwałtowne zjawiska pogodowe pod wpływem nieoczekiwanie silnych naturalnych zmienności klimatu oraz antropogenicznych zmian klimatu mogą dokonać wielu spustoszeń w ekosystemach.
Balaji Senapati powiedział: – To odkrycie jest jak znalezienie nowego przełącznika w klimacie Ziemi. Pokazuje, że stosunkowo niewielki obszar oceanu może mieć szeroko zakrojone skutki dla globalnej pogody i wzorców klimatycznych. Zrozumienie tego nowego systemu pogodowego mogłoby znacznie poprawić prognozowanie pogody i przewidywanie klimatu, zwłaszcza na półkuli południowej. Mogłoby pomóc wyjaśnić zmiany klimatyczne, które wcześniej były tajemnicze i mogłoby poprawić naszą zdolność przewidywania ekstremalnych zjawisk pogodowych i klimatycznych.
–
Zdjęcie tytułowe: William Edge/Shutterstock
