Внезапное изменение стабильности атмосферы в Антарктиде оказывает давление на глобальные погодные системы

Нижний километр атмосферы над Антарктическим полуостровом необратимо меняется с 1950-х годов. Этот сдвиг не мал и не сезонен — это долгосрочная трансформация, вызванная потеплением поверхности, достигающим в некоторых частях полуострова трех градусов.

Ослабление стабильности

По мере нагрева поверхности ослабевает плотностная структура нижних слоев атмосферы. Слои, которые когда-то оставались четко разделенными, теперь смешиваются с меньшим сопротивлением. Это снижение статической устойчивости можно измерить напрямую. Частота Брента-Вяйсяля — метрика, используемая для количественной оценки стабильности, — неуклонно падает на протяжении более семидесяти лет .

Эта нестабильность открывает путь, который ранее был закрыт. Ветры, движущиеся к Антарктическому полуострову, раньше сталкивались с жесткой нижней атмосферой, которая вынуждала большую часть потока останавливаться или огибать горный хребет. Этот барьер удерживал часть энергии у земли. Изменение стабильности теперь позволяет большему количеству воздуха переваливать через хребет вместо того, чтобы оставаться заблокированным у поверхности. Когда это происходит, генерируются гравитационные волны .

Растущая волновая активность

Измерения, полученные со спутников, реанализ ERA5 и целенаправленные эксперименты с климатическими моделями показывают, что активность гравитационных волн в регионе возрастает. Тренд наиболее силен зимой и весной. Эти сезоны важны потому, что именно в это время гравитационные волны могут проникать в стратосферу. Попав внутрь, они напрямую влияют на циркуляционные паттерны, регулирующие температуру, озоновую химию и структуру полярного вихря .

Более сильный импульс гравитационных волн создает сопротивление окружающему потоку. Это сопротивление ослабляет вихрь, который обычно удерживает холодный воздух над Антарктидой. Ослабленный вихрь становится более уязвимым для возмущений. Внезапные сдвиги в вихре могут выпускать холодный воздух в низкие широты или вызывать экстремальную жару в других регионах, когда циркуляционные паттерны искажаются. Эти события уже связывают со значительными погодными аномалиями по всему Южному полушарию, включая волны тепла и сильные засухи .

Связь с озоновым слоем

Меняющаяся волновая активность также взаимодействует с областью стратосферы, вовлеченной в разрушение озона. Гравитационные волны влияют на формирование и распределение полярных стратосферных облаков. Эти облака служат платформами для химических реакций, удаляющих озон весной. Рост волновой энергии увеличивает вероятность возмущений, усиливающих эти реакции. Это не гарантирует увеличения озоновой дыры каждый год, но повышает нестабильность всей системы .

Проникновение фёнов

У поверхности сдвиг в атмосферной стабильности меняет поведение ветров, пересекающих полуостров. При более слабой стабильности теплые нисходящие ветры фён могут проникать дальше через шельфовые ледники. Эти ветры несут сухой воздух, который ускоряет таяние. Они также изменяют паттерны осадков на наветренных склонах, что влияет на локальный баланс массы и состояние поверхности .

Структурный сдвиг

Совокупный эффект этих процессов представляет собой структурное изменение антарктической системы. Нижняя атмосфера больше не ведет себя как стабильная платформа, ограничивающая вертикальные движения. Теперь она действует как открытый канал, направляющий энергию вверх. Это изменение усиливает взаимодействие между потеплением поверхности Антарктиды и слоями атмосферы, формирующими глобальную погоду. Сдвиг не происходит изолированно. Он связывает потепление полуострова с циркуляционными паттернами, простирающимися за пределы полярного региона и в пояс штормов средних широт .

Климатические модели, использованные для исследования этого перехода, показывают, что стабильная атмосфера с блокированным режимом течения порождает более слабые гравитационные волны и более сильный, холодный полярный вихрь. Когда система принудительно переводится в режим перетока (схожий с текущими условиями), гравитационные волны усиливаются, полярный вихрь ослабевает, и континент нагревается быстрее. Реальный мир движется ближе ко второму состоянию .

Долгосрочное снижение атмосферной стабильности над Антарктическим полуостровом формирует четкую линию доказательств того, что потепление поверхности изменяет то, как атмосфера транспортирует энергию. Это изменение не ограничивается землей. Это сдвиг, который простирается через тропосферу и в стратосферу. Ослабление вихря, измененные штормовые траектории и повышенная нестабильность озоносвязанных процессов прослеживаются до этой связи между потеплением и воздействием гравитационных волн .

Эти эффекты будут продолжаться, пока сохраняется тренд потепления поверхности. Ослабление стабильности измеримо. Рост волновой активности измерим. Последствия уже видны в поведении более крупных атмосферных систем, управляющих погодой по всему полушарию. Антарктический полуостров не изолирован от глобальной климатической системы. Он связан через циркуляционные паттерны, которые реагируют на изменения, происходящие в самом нижнем километре атмосферы.