Результаты могут помочь исследователям интерпретировать вариации древних муссонов, прогнозировать будущую активность перед лицом изменения климата.
Каждое лето климатические сдвиги приносят постоянные ветры и дожди в большую часть Юго-Восточной Азии в виде сезонных муссонов. Общей причиной муссона считается возрастающая разница температур между нагревающейся сушей и сравнительно прохладным океаном. Но по большей части силу и время наступления муссона, от которого каждый год зависят миллионы фермеров, предсказать невероятно сложно.
Теперь ученые Массачусетского технологического института обнаружили, что взаимодействие между атмосферными ветрами и океанскими водами к югу от Индии оказывает большое влияние на силу и время южноазиатского муссона.
Их результаты, опубликованные сегодня в Журнале климата, показывают, что когда летнее солнце нагревает Индийский субконтинент, оно также вызывает сильные ветры, которые проносятся через Индийский океан и над сушей Южной Азии. По мере того, как эти ветры движутся на север, они также толкают океанские воды на юг, подобно бегуну, толкающему беговое полотно. Исследователи обнаружили, что эти воды, текущие на юг, переносят вместе с собой тепло, охлаждая океан и фактически увеличивая температурный градиент между сушей и морем.
Они говорят, что этот механизм переноса тепла океана может быть новой ручкой в управлении сезонными муссонами в Южной Азии, а также другими муссонными системами по всему миру.
«Мы обнаружили, что реакция океана играет огромную роль в модуляции интенсивности сезона дождей», - говорит Джон Маршалл, профессор океанографии Сесила и Иды Грин в Массачусетском технологическом институте. «Понимание реакции океана имеет решающее значение для прогнозирования сезона дождей».
Соавторами Маршалла по статье являются ведущий автор Николас Луцко, постдоктор кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института, и Брайан Грин, бывший аспирант группы Маршалла, который сейчас работает в Университете им. Вашингтон.
Заслонки и переключения
Ученые традиционно сосредотачиваются на Гималаях как на ключевом факторе южноазиатского муссона. Считается, что массивный горный хребет действует как барьер против холодных ветров, дующих с севера, изолируя Индийский субконтинент теплым коконом и увеличивая разницу температур в летнее время между сушей и океаном.
«Раньше люди думали, что Гималаи необходимы для существования муссонной системы», - говорит Луцко. «Когда люди избавились от них в симуляциях, муссонов не было. Но эти модели запускались без океана».
Луцко и Маршалл подозревали, что если бы они разработали модель муссона, включающую динамику океана, эти эффекты уменьшили бы интенсивность муссона. Их догадка была основана на предыдущей работе, в которой Маршалл и его коллеги обнаружили, что ветровая циркуляция океана сводит к минимуму сдвиги в зоне межтропической конвергенции, или ITCZ, атмосферном поясе вблизи экватора, который обычно вызывает сильные грозы на больших территориях. Известно, что эта широкая зона атмосферной турбулентности сезонно смещается между северным и южным полушариями, и Маршалл обнаружил, что океан играет определенную роль в улавливании этих сдвигов.
«Основываясь на идее о том, что океан гасит сдвиги ITCZ, мы думали, что океан также гасит муссоны», - говорит Маршалл. «Но оказывается, это на самом деле усиливает сезон дождей».
Глядя за гору
Исследователи пришли к такому неожиданному выводу после составления простого моделирования системы муссонов, начав с численной модели, которая имитирует базовую физику атмосферы над «водной планетой» - миром, полностью покрытым океаном.. Команда добавила к океану твердую прямоугольную массу, чтобы представить простую сушу. Затем они варьировали количество солнечного света на смоделированной планете, чтобы имитировать сезонные циклы инсоляции или солнечного света, а также моделировали ветры и дожди, возникающие в результате этих сезонных сдвигов температуры.
Они выполнили эти симуляции при различных сценариях, включая один, в котором океан был статичен и неподвижен, и другой, в котором океану позволяли циркулировать и реагировать на атмосферные ветры. Они заметили, что ветры, дующие в сторону суши, заставляют океанские воды течь в противоположном направлении, унося тепло от ближайших к земле вод. Это взаимодействие ветра и океана оказывало значительное влияние на любой муссон, который формировался над сушей: чем сильнее это взаимодействие или связь между ветрами и океаном, тем больше разница в температуре земли и моря и тем сильнее интенсивность последующего муссона.
Интересно, что их модель не включала никаких гималайских структур; тем не менее, они все еще могли вызвать муссон просто из-за влияния океана и ветров.
«У нас изначально была картина, что мы не можем сделать муссон без Гималаев, что было устоявшейся мудростью», - говорит Луцко. «Но в нашей модели у нас не было такого барьера, и мы все еще могли создать муссон, и мы были в восторге от этого».
В конечном счете, их работа может помочь объяснить, почему муссонная система Южной Азии является одной из самых сильных муссонных систем в мире. Сочетание Гималаев на севере, которые согревают землю, и океана на юге, который забирает тепло у близлежащих вод, создает экстремальный температурный градиент для одного из самых интенсивных и устойчивых муссонов на планете..
«Одна из причин, по которой муссон в Южной Азии так силен, заключается в том, что на севере есть большой барьер, который сохраняет тепло, а на юге есть океан, который охлаждается, так что он идеально расположен, чтобы быть действительно сильным», - говорит Луцко..
В будущей работе исследователи планируют применить свои новые наблюдения за ролью океана, чтобы помочь интерпретировать изменения муссонов намного раньше.
«Что мне интересно, так это то, что во времена, когда северное полушарие было намного холоднее, вы видите коллапс муссонной системы», - говорит Луцко. «Люди не знают, почему это происходит. Но мы чувствуем, что можем объяснить это, используя нашу минимальную модель».
Исследователи также считают, что их новое объяснение происхождения муссонов, основанное на океане, может помочь специалистам по моделированию климата предсказать, как, например, цикл муссонов может измениться в ответ на потепление океана из-за изменения климата.
«Мы говорим, что вы должны понимать, как океан реагирует, если вы хотите предсказать сезон дождей», - говорит Луцко. «Нельзя просто сосредоточиться на земле и атмосфере. Океан - это ключ».
Это исследование частично поддерживается Национальным научным фондом и Национальным управлением океанических и атмосферных исследований.