В течение десятилетий ученые, изучающие ключевое климатическое явление, сталкивались с противоречивыми данными, которые угрожали подорвать уверенность в надежности климатических моделей в целом. Новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Geoscience, разрешает этот спор относительно атмосферной циркуляции в тропиках.
Циркуляция Хэдли, или ячейка Хэдли - всемирная модель циркуляции атмосферы в тропиках, возникающая из-за неравномерного солнечного нагрева на разных широтах, окружающих экватор, - заставляет воздух вокруг экватора подниматься примерно на 10-15 километров и течь к полюсу (к Северному полюсу над экватором, к Южному полюсу ниже экватора), опускаются в субтропиках, а затем текут обратно к экватору по поверхности Земли. Эта циркуляция широко изучается учеными-климатологами, поскольку она регулирует осадки в субтропиках, а также создает область, называемую межтропической зоной конвергенции, которая создает полосу крупных штормов с сильными осадками.
Исследование, возглавляемое Рей Чемке, постдокторским научным сотрудником Columbia Engineering, совместно с климатологом Лоренцо Полвани, направлено на устранение серьезного несоответствия между климатическими моделями и повторный анализ потенциального усиления или ослабления циркуляции Хэдли в Северном полушарии как следствие антропогенных выбросов.
Исторически климатические модели показывали постепенное ослабление ячейки Хэдли в Северном полушарии. За последние четыре десятилетия реанализы, сочетающие модели с наблюдательными и спутниковыми данными, показали как раз обратное - усиление циркуляции Хэдли в Северном полушарии. Повторный анализ обеспечивает наилучшее приближение состояния атмосферы для ученых и широко используется для обеспечения надлежащего функционирования имитационных моделей.
Разница в тенденциях между моделями и повторными анализами создает проблему, которая выходит далеко за рамки того, будет ли ячейка Хэдли ослабевать или усиливаться; несоответствие само по себе является серьезной проблемой для ученых. Повторные анализы используются для проверки надежности климатических моделей - если они не совпадают, это означает, что либо модели, либо повторные анализы ошибочны.
Ведущий автор Чемке, научный сотрудник NOAA по климату и глобальным изменениям, объясняет опасность этой ситуации: «Если модели неверны, это большая проблема, потому что мы используем их для прогнозирования нашего климата и отправки наших результатов в МГЭИК. (Межправительственная группа экспертов по изменению климата) и политики и так далее».
Чтобы найти причину этого несоответствия, ученые внимательно изучили различные процессы, влияющие на кровообращение, и определили, что причиной несоответствия является скрытое нагревание. Чтобы понять, какие данные были правильными - модели или повторный анализ - они должны были сравнить системы, используя чисто наблюдательную метрику, незапятнанную какой-либо моделью или симуляцией. В этом случае осадки служили наблюдательным показателем скрытого нагрева, поскольку они равны чистому скрытому нагреву в атмосферном столбе. Эти данные наблюдений показали, что артефакт или изъян находится в повторном анализе, подтверждая, что модельные прогнозы будущего климата на самом деле верны.
Выводы статьи подтверждают предыдущие выводы, сделанные на основе различных моделей: циркуляция Хэдли ослабевает. Это очень важно понять, говорит Полвани, профессор прикладной физики и прикладной математики, а также наук о Земле и окружающей среде, который изучает климатическую систему в Земной обсерватории Ламонта-Доэрти. «Одним из крупнейших климатических сигналов, связанных с глобальным потеплением, является высыхание субтропиков, региона, в котором уже выпадает мало осадков», - пояснил он. «Ячейка Хэдли является важным средством контроля субтропических осадков. Следовательно, любые изменения силы ячейки Хэдли приведут к изменению количества осадков в этом регионе. Вот почему важно определить, ускорится или замедлится скорость клетки Хэдли вследствие антропогенного излучения в ближайшие десятилетия».
Но эти результаты находят отклик далеко за пределами рассматриваемого исследования. Разрешение противоречивых результатов научных исследований имеет решающее значение для поддержания точности и честности в научном сообществе. Благодаря этому новому исследованию у ученых появилось больше уверенности в том, что модели являются надежными инструментами для предсказания климата.