Более века назад британский метеоролог Генри Бланфорд отметил связь между весенним снежным покровом на Тибетском нагорье и в Гималаях и интенсивностью летнего сезона муссонов в Индии. Сотни исследований подтвердили эту взаимосвязь с тех пор, как Бланфорд впервые опубликовал свою гипотезу в 1884 году, обнаружив, что меньший снежный покров часто коррелирует с более влажным муссоном. Но до сих пор исследователи изо всех сил пытались объяснить, почему существует эта связь между снежным покровом и интенсивностью муссонов.
Новое исследование под руководством Уильяма Лау, научного сотрудника Междисциплинарного центра изучения систем Земли (ESSIC) Университета Мэриленда, предлагает правдоподобный механизм, объясняющий наблюдения Бланфорда. Удивительно, но объяснение связано с пылью, перенесенной из пустынь Ближнего Востока, удаленных более чем на тысячу миль.
Используя мощную атмосферную модель, разработанную НАСА, Лау обнаружил, что большое количество темных аэрозолей - переносимых по воздуху частиц, таких как пыль и сажа, которые поглощают солнечный свет - оседают на вершине снежного покрова Тибетского нагорья весной до начала сезона дождей. Эти темные аэрозоли заставляют снег поглощать больше солнечного света и быстрее таять. Результаты моделирования показывают, что среди этих темных аэрозолей переносимая ветром пыль с Ближнего Востока оказывает наиболее сильное затемняющее действие на снег.
В годы с сильным весенним выпадением пыли конечным результатом является уменьшение снежного покрова на Тибетском нагорье, что приводит к повышению температуры на земле и в воздухе над ней. Это, в свою очередь, запускает ряд взаимосвязанных циклов обратной связи, которые усиливают летний сезон дождей в Индии. Статья с описанием исследования, написанная в соавторстве с Кью-Мьюнг Кимом из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, была опубликована в Интернете 12 ноября 2018 года в журнале Atmosphere.
«Бланфорд знал, что снежный покров на Тибетском плато был не единственным явлением, влияющим на сезон дождей, но он знал, что это важно», - сказал Лау. «Взаимосвязь между снежным покровом и муссонами достаточно полезна, поэтому Метеорологический департамент Индии до сих пор использует ее для разработки своего ежегодного прогноза летних муссонов. Добавляя знания о физическом механизме, ответственном за эту взаимосвязь, наше исследование может помочь разработать более точные прогнозы муссонов.."
Лау и Ким использовали модель системы наблюдения Земли Годдарда, версия 5 (GEOS-5), чтобы смоделировать весенний снежный покров за 100 лет и его влияние на годовой цикл летних муссонов. Чтобы проверить влияние пыли, приносимой ветром с Ближнего Востока, исследователи снова провели те же симуляции с добавленным программным пакетом, который учитывает эффекты потемнения снега от пыли, сажи и других темных аэрозолей, осажденных на вершине Тибетского нагорья.
Добавление темных аэрозольных отложений к модели существенно увеличило количество солнечного света, поглощаемого снегом, что ускорило скорость таяния. Это связано с тем, что когда снег тает, он начинает обнажать более темную землю под ним, которая поглощает еще больше солнечного света и увеличивает скорость таяния..
Помимо того, что снег в начале сезона затемняется, пыль также сильно усиливает атмосферное потепление на Тибетском плато, что приводит к изменениям ветров, которые усиливают пик муссонов. Примечательно, что эта серия обратных связей также усилила те же самые ветры, которые переносят пыль из ближневосточных пустынь, принося больше пыли и еще больше усиливая петлю обратной связи.
По словам Лау, многие исследователи утверждают, что проливные муссонные дожди должны вымывать из воздуха любые переносимые по воздуху частицы пыли, компенсируя атмосферный нагрев пыли и закрывая петлю обратной связи. Но результаты Лау и Ким предполагают, что усиление ветра переносит достаточно пыли, чтобы подавить эффект вымывания, что приводит к чистому накоплению пыли на Тибетском нагорье.
Время прибытия пыли также имело важное значение. Лау и Ким обнаружили самый сильный эффект в циклах, когда большое количество пыли оседало на снежном покрове в апреле, мае и июне.
"Каждый год результаты моделирования были разными. Когда пыль появлялась в начале сезона, она создавала начальные условия, необходимые для изменения динамики муссонов", - сказал Лау. «Но в некоторые годы снежные бури в конце сезона на больших высотах покрывали пыль и отключали петлю обратной связи. Совершенно очевидно, что существует связь между потемнением снега аэрозолями, особенно пылью ближневосточных пустынь, и сезоном муссонов в Индии».
Лау и Ким признают необходимость выйти за рамки моделирования и исследовать связи между темными аэрозолями, нагревом и циклом муссонов, используя другие методы и новые наблюдения. Но они уверены, что их результаты, в которых использовались данные реального мира для создания модели GEOS-5, могут помочь в прогнозировании муссонов уже сейчас.
«Это может быть чрезвычайно важно для сельского хозяйства. Фермеры должны планировать сезон дождей, чтобы решить, когда сажать и когда собирать урожай», - сказал Лау. «Чтобы понять, как человеческое влияние, такое как изменение климата и землепользование, влияет на муссоны, мы должны понимать основы, в том числе влияние светопоглощающих аэрозолей на затемнение снега на Тибетском плато и модуляцию азиатского летнего муссона. эффекты настолько важны, что, в конце концов, нам, возможно, придется переписать учебный план для «Муссона 101».