CentralAsia (CA) — На всем земном шаре муссонные дожди включаются весной и выключаются осенью. До сих пор эта сезонная закономерность понималась в основном как непосредственная реакция на изменения солнечной радиации.
Новое исследование Потсдамского института исследования воздействия на климат впервые показывает, что атмосфера может накапливать влагу в течение длительного времени, создавая эффект физической памяти. Это позволяет муссонным системам переключаться между двумя стабильными состояниями. Нарушение этого хрупкого баланса может иметь серьезные последствия для миллиардов людей в Индии, Индонезии, Бразилии и Китае.
«Атмосфера может запоминать свое предыдущее состояние, храня физическую информацию в виде водяного пара», — объясняет Аня Катценбергер, научный сотрудник PIK и автор исследования. «На практике это означает, что даже если солнечная радиация увеличивается или уменьшается в зависимости от времени года, атмосфера не всегда реагирует на это немедленно. Весной водяной пар накапливается в течение нескольких дней и недель. Этот резервуар определяет начало муссонных дождей в начале лета и сохраняет их даже тогда, когда солнечный приток начинает уменьшаться осенью».
Объединив данные наблюдений в Индии, Китае и других муссонных регионах с атмосферным моделированием, команда исследователей показала, что состояние атмосферы зависит от ее сезонной истории: Если дождь уже идет, то он сохраняется. Если же атмосфера была сухой, то инициировать осадки сложно. Весной атмосфера обычно сухая и должна «наполниться» водяным паром, чтобы начался муссон. Напротив, осенью после муссона атмосфера остается влажной и продолжает поддерживать осадки, даже когда солнечная радиация ослабевает.
«Такое поведение мы называем бистабильностью», — говорит Катценбергер. «При одном и том же уровне солнечной радиации атмосфера может быть либо сухой, либо дождливой, в зависимости от предшествующего состояния».
«Мы давно знаем, что такие системы, как океан или массивные ледяные щиты, обладают определенной памятью. Но атмосфера? Это считалось невозможным», — добавляет соавтор исследования Андерс Леверманн. «Этот эффект памяти приводит к тому, что муссонные дожди ведут себя как переключатели — сезонное переключение с «выключено» на «включено» и обратно. И что очень важно, это происходит не постепенно, а резко, внезапно». Такие резкие сдвиги характерны и для других переломных элементов климатической системы, но муссон — особенный, говорит Леверманн: «Что особенно примечательно, так это то, что муссон каждый год пересекает свою переломную точку, а затем возвращается обратно. Это может позволить нам в будущем действительно определить переломный момент с помощью данных наблюдений и разработать систему раннего предупреждения».
Для того чтобы разгадать механизм, лежащий в основе этого непостоянного поведения, команда использовала как реальные данные, так и моделирование с помощью модели общей циркуляции атмосферы с высоким разрешением, разработанной в Принстонском университете. В идеализированной модели «Планета муссонов» они изолировали атмосферу от более медленных компонентов земной системы, таких как океаны. Моделирование показало, что муссонные дожди могут переключаться между сухим и влажным состоянием без тепловой инерции океана. Ключевым фактором такого поведения является формирование прочного столба атмосферной влаги, который стабилизирует осадки в течение нескольких недель. Центральная переломная точка в этой системе может быть четко определена как порог, объясняет Катценбергер: «Когда количество водяного пара в атмосфере превышает примерно 35 килограммов на квадратный метр, муссон включается. Если этот показатель опускается ниже, он выключается. Эта резкая, пороговая реакция определяет бистабильность».
Если эта динамика будет нарушена, например, в результате загрязнения или глобального потепления, мы можем столкнуться с серьезными проблемами, — заключает Леверманн: «Это будет иметь драматические последствия для миллиардов людей в таких регионах, как Индия, Индонезия, Бразилия и Китай, чье существование зависит от муссонных дождей. Это нарушит не только нашу климатическую систему, но и наши общества во всем мире».