Исследователи атмосферы из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований им. Гельмгольца (AWI) разработали климатическую модель, которая может точно отображать часто наблюдаемый извилистый курс струйного течения, основного воздушного потока над Северным Полушарие. Прорыв произошел, когда ученые объединили свою модель глобального климата с новым алгоритмом машинного обучения в области химии озона. Используя свою новую комбинированную модель, они теперь могут показать, что волнообразное течение струйного течения зимой и последующие экстремальные погодные условия, выбросы холодного воздуха в Центральной Европе и Северной Америке являются прямым результатом изменения климата. Их выводы были опубликованы на онлайн-портале Nature Scientific Reports 28 мая 2019 года.
В течение многих лет исследователи климата по всему миру изучают вопрос о том, является ли извилистый курс струйного течения над Северным полушарием, наблюдаемый все чаще в последние годы, продуктом изменения климата или случайным явлением. которые можно проследить до естественных изменений в климатической системе. Термин «струйный поток» относится к мощной полосе западных ветров над средними широтами, которые толкают основные погодные системы с запада на восток. Эти ветры обвивают планету на высоте примерно 10 километров, вызваны разницей температур между тропиками и Арктикой, и в прошлом часто достигали максимальной скорости до 500 километров в час..
Но в наши дни, как подтверждают наблюдения, ветры все более слабеют. Реже они дуют по прямому курсу, параллельному экватору; вместо этого они проносятся через Северное полушарие массивными волнами. В свою очередь, зимой эти волны производят необычные вторжения холодного воздуха из Арктики в средние широты - наподобие экстремальных холодов, обрушившихся на Средний Запад США в конце января 2019 года. Летом ослабление струйного течения приводит к длительной жаре. волны и сухие условия, подобные тем, которые наблюдаются в Европе, например. 2003, 2006, 2015 и 2018 гг.
Машинное обучение позволяет климатической модели понять роль озона
Эти фундаментальные связи известны уже давно. Тем не менее, исследователям не удалось реалистично изобразить изменчивый курс струйного течения в климатических моделях или продемонстрировать связь между прерывистыми ветрами и глобальным изменением климата. Исследователи атмосферы из AWI в Потсдаме преодолели это препятствие, дополнив свою модель глобального климата инновационным компонентом для химии озона. «Мы разработали алгоритм машинного обучения, который позволяет нам представлять озоновый слой как интерактивный элемент в модели и при этом отражать взаимодействие стратосферы и озонового слоя», - говорит первый автор и исследователь атмосферы AWI Эрик. Романовский.«С помощью новой системы моделирования мы теперь можем реалистично воспроизвести наблюдаемые изменения струйного течения».
Согласно выводам группы, отступление морского льда и сопровождающая его повышенная активность атмосферных волн вызывают значительное потепление полярной стратосферы, усиленное озоном. Поскольку низкие полярные температуры формируют двигатель струйного течения, повышение температуры в стратосфере приводит к тому, что он дает сбои. В свою очередь, это ослабление струйного течения теперь распространяется вниз из стратосферы, вызывая экстремальные погодные явления.
Ослабление струйного течения связано с изменением климата
Кроме того, с помощью новой модели исследователи могут более тщательно анализировать причины извилистого струйного течения. «Наше исследование показывает, что изменения струйного течения по крайней мере частично связаны с исчезновением арктического морского льда. Если ледовый покров продолжит сокращаться, мы считаем, что как частота, так и интенсивность экстремальных погодных явлений, широты увеличатся», - говорит профессор Маркус Рекс, руководитель отдела атмосферных исследований в AWI.«Кроме того, наши результаты подтверждают, что более частые зимние холода в США, Европе и Азии ни в коем случае не противоречат глобальному потеплению, а скорее являются частью антропогенного изменения климата».
Усилия команды также представляют собой значительный технологический прогресс: «После успешного использования машинного обучения в этом исследовании мы впервые используем искусственный интеллект в моделировании климата, что помогает нам получить более реалистичные системы моделирования климата., Это обладает огромным потенциалом для будущих климатических моделей, которые, как мы полагаем, обеспечат более надежные климатические прогнозы и, следовательно, более надежную основу для принятия политических решений», - говорит Маркус Рекс.
Во время арктической экспедиции MOSAiC, которая начнется в сентябре и в ходе которой немецкий исследовательский ледокол «Поларштерн» целый год будет дрейфовать по Центральной Арктике вместе с морским льдом, исследователи планируют собрать новейшие ледовые и атмосферные данные. Это поможет им применить новую климатическую модель в будущем, чтобы смоделировать будущее развитие арктического климата и морского льда. Как объясняет Маркус Рекс: «Наша цель - детально понять, как будет происходить отступление арктического морского льда, потому что только тогда мы сможем оценить, как и в каком масштабе изменения в Арктике приведут к экстремальным погодным явлениям в середине широты."