Ужасные зимние засухи, обрушившиеся на Калифорнию с 2013 по 2015 год, а также необычно влажная калифорнийская зима в этом году, по-видимому, связаны с одним и тем же явлением: характерным волновым узором, который возникает в верхних слоях атмосферы и огибает земной шар..
Ученые из Национального центра атмосферных исследований (NCAR) в ходе недавнего исследования обнаружили, что устойчивый хребет высокого давления у западного побережья Северной Америки, который зимой 2013-2014 и 2014 годов блокировал выход штормов на берег -15 был связан с волновым рисунком, который они называют волновым числом-5. Последующая работа показала, что волна номер 5 снова появилась этой зимой, но с ее особенностями высокого и низкого давления в другом месте, что позволило проливным штормам с Тихого океана обрушиться на сушу.
«Эта волновая картина представляет собой глобальную динамическую систему, которая иногда делает более вероятными засухи или наводнения в Калифорнии», - сказал ученый NCAR Хайян Тенг, ведущий автор калифорнийской статьи. «По мере того, как мы узнаем больше, это может в конечном итоге открыть новое окно для долгосрочной предсказуемости».
Это открытие является частью новой группы исследований волновой структуры, которая обещает лучшее понимание сезонных погодных условий в Калифорнии и других местах. Еще одна новая статья, подготовленная ученым NCAR Грантом Бранстатером, более подробно исследует мощную волновую структуру, анализируя физические процессы, которые способствуют ее формированию, а также ее сезонные изменения и то, как она меняется по силе и местоположению.
Калифорнийское исследование было опубликовано в Журнале Климата, в то время как всестороннее исследование волновых структур появилось в Журнале Атмосферных Наук. Обе статьи были профинансированы Национальным научным фондом, который является спонсором NCAR, а также Министерством энергетики, Национальным управлением океанических и атмосферных исследований и НАСА..
Новые статьи следуют за исследованием Тенга и Бранстатора 2013 года, показывающим, что закономерность, связанная с волновым числом-5, как правило, возникает примерно за 15-20 дней до сильных волн летней жары в Соединенных Штатах.
Сильное воздействие на местные погодные системы
Wavenumber-5 состоит из пяти пар чередующихся элементов высокого и низкого давления, которые окружают земной шар примерно в шести милях (10 километрах) над землей. Это тип атмосферного явления, известный как волна Россби, очень крупномасштабная планетарная волна, которая может оказывать сильное воздействие на местные погодные системы, перемещая тепло и влагу между тропиками и более высокими широтами, а также между океаническими и внутренними районами и влияние на места возникновения штормов.
Медленно движущиеся волны Россби временами становятся почти стационарными. Когда это происходит, результатом могут быть устойчивые погодные условия, которые часто приводят к засухам, наводнениям и аномальной жаре. Волна номер 5 часто имеет это стационарное качество, когда она появляется в течение северной зимы, и, как следствие, связана с большей вероятностью постоянных экстремальных явлений.
Чтобы определить степень влияния волновой картины на засуху в Калифорнии, Тенг и Бранстатор использовали три специализированные компьютерные модели, а также записи об осадках в Калифорнии и данные 20-го века о глобальных моделях атмосферной циркуляции. Различные окна в атмосферу и характер осадков показали, что формирование хребта у побережья Калифорнии связано с появлением характерного волнового числа 5, которое направляет вызывающие дождь системы низкого давления, так что они перемещаются далеко к северу от Калифорнии..
Прошлой зимой, когда на Калифорнию обрушилась серия сильных штормов, волна номер 5 также присутствовала, говорят ученые. Но над Северной Америкой картина изменилась, заменив хребет высокого давления у побережья впадиной низкого давления. В результате штормы, которые во время засушливых зим были вытеснены на север, вместо этого позволили обрушиться на сушу.
Подсказки к сезонным погодным условиям
Синоптики, которые предсказывают сезонные погодные условия, в основном обращают внимание на изменение температуры поверхности моря в тропической части Тихого океана, особенно на изменения, связанные с Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Но в засушливые зимы 2013-14 и 2014-15 годов эти условия заметно различались: в одних случаях наблюдалось начало Эль-Ниньо, а в другие температуры поверхности моря не были характерны ни для Эль-Ниньо, ни для Ла-Нинья.
Новое исследование показывает, что волновая картина может служить дополнительным источником предсказуемости, который иногда может быть более важным, чем воздействие изменений температуры поверхности моря. Однако сначала ученым необходимо лучше понять, почему и когда возникает волновая картина.
В статье, опубликованной в Journal of the Atmospheric Sciences, Бранстатор и Тенг исследовали физику волновой картины. Используя упрощенную компьютерную модель климатической системы для определения основных физических процессов, пара обнаружила, что волновое число-5 формируется, когда сильные струйные течения действуют как волноводы, стягивая извилистую волну Россби до характерной конфигурации из пяти максимумов и пяти минимумов.
«Струи фокусируют энергию», - сказал Бранстатор. «Когда присутствуют струи, энергия оказывается в ловушке и не может вырваться». Но даже когда струи присутствуют, модель волнового числа 5 не всегда формируется, что указывает на то, что другие силы, требующие изучения, также действуют..
Ученые также специально искали то, что могло вызвать формирование волновой картины, связанной с сильной засухой в Калифорнии. В статье, опубликованной в Journal of Climate, пара обнаружила, что чрезвычайно сильные дожди с декабря по февраль в некоторых регионах тропической части Тихого океана могут удвоить вероятность образования экстремального хребта, связанного с волновым числом-5. Причина может быть связана с тем, что тропические дожди нагревают верхние слои атмосферы таким образом, что это способствует формированию модели с волновым числом 5.
Но ученые предупредили, что остается много вопросов.
«Нам нужно искать во всем мире факторы, которые вызывают такое поведение с волновым числом 5, - сказал Тэн. - Наши исследования - это только начало этого поиска».