Najnowsze badanie wskazało, iż w dobie postępującego globalnego ocieplenia procesy termodynamiczne w atmosferze nie odgrywają tak dużej roli pod wpływem antropogenicznego wymuszenia gazami cieplarnianymi, ale dynamiczne, mające związek z cyrkulacjami mas powietrza.
Przez wiele lat naukowcy proponowali w swoich badaniach różnego rodzaju teorie, które wyjaśniały – jak się okazuje nie do końca dokładnie reakcję opadów deszczu na zmianę klimatu.
Naukowcy z Wielkiej Brytanii i Francji, pod kierownictwem Ligina Josepha z Wydziału Nauk o Oceanie i Ziemi na Uniwersytecie w Southampton, zasugerowali, iż termodynamiczne paradygmaty „Mokro robi się wilgotniej” (WeGW), „Bezpośredniego wpływu wymuszania CO2 ” (DeCO2 ) i „Ciepło robi się wilgotniej” (WaGW) nie odzwierciedlają dokładnie zachowania wzorców opadów deszczu w tropikach podczas wciąż trwającego wymuszenia antropogenicznego. Ich postulaty wskazały na to, że dużą rolę odgrywa dynamika cyrkulacji atmosferycznych, gdzie termodynamika (a więc wzrost wilgotności atmosferycznej nad oceanami) nie odgrywa tak dużej roli dynamika atmosfery w kontekście ujęcia wiatrów.
Rys. Trendy w ( a ) opadach (mm dzień −1 rok −1 ), b 2-metrowej temperaturze powietrza (t2m; °C rok −1 ), c temperaturze powierzchni morza (SST; °C rok −1 ), d 850-hPa wektora i prędkości wiatru (ms −1 rok −1 ) oraz e 200-hPa potencjału prędkości (m 2 s −1 rok −1 ) przy użyciu ERA5. Kropki oznaczają regiony ze statystycznie nieistotnymi trendami (przy poziomie ufności 90%). W ( d ) strzałki pokazują trendy wektora wiatru, wykreślane tylko wtedy, gdy przynajmniej jeden składnik jest istotny przy poziomie ufności 90%. Źródło: Ligin Joseph , Pascal Terray , KP Sooraj & Sébastien Masson / CC BY 4.0
Zastosowane instrumenty badawcze (1979-2024)
Przede wszystkim w bieżącym artykule naukowym położono nacisk na zrozumienie bieżącej reakcji opadów tropikalnych w regionie Indo-Pacyfiku na globalne ocieplenie.
Naukowcy zastosowali następujące instrumenty badawcze, które obejmowały zakres niniejszego badania w latach 1979-2024:
- dane obserwacyjne –
Berkeley Earth (tm2) – temperatura nad powierzchnią do wysokości 2 metrów ;
OISST (ang. Optimum Interpolation Sea Surface Temperature) – temperatura powierzchni morza
- reanalizy –
ERA5 i GPCP (ang. Global Precipitation Climatology Project) – opady deszczu,
NCEP-2 – prędkość wiatru o ciśnieniu 850 hPa oraz potencjał prędkości w górnej troposferze (200 hPa)
- historyczne symulacje CMIP6 oraz
- kilka specjalnych sprzężonych eksperymentów dotyczących wrażliwości.
Kontrasty termiczne a regionalne wahania wzorców opadów deszczy tropikalnych
Ostatnie wyniki prac wskazują, że niezależnie od efektów radiacyjnych dwutlenku węgla (nagłego lub stopniowego wzrostu) i wzorców temperatury powierzchni morza (ang. Sea Surface Temperature – SST) kontrasty termiczne oceanu i lądu prawdopodobnie mogą wywierać znaczący wpływ na regionalne wahania wzorców opadów deszczy tropikalnych oraz regionalną dynamikę zmian cyrkulacji atmosferycznej. W badanym obszarze, w szczególności w strefie tropikalnej występowania pacyficznej cyrkulacji Walkera, łącznie z pasatami wiejącymi ze wschodu na zachód w fazie oceanicznej La Niña oraz neutralnej.
Dotychczas prezentowany szeroko paradygmat „Mokro robi się wilgotniej” (WeGW), na podstawie klasycznych modeli projektu porównywania sprzężonych modeli (ang. Coupled Model Intercomparison Project – CMIP), sugeruje, że ta cyrkulacja, a także komórka Hadleya, słabną z powodu wzmocnienia procesów termodynamicznych, czyli nasilenia się wzrostu wilgotności w atmosferze, oraz zmniejszenia się chłodzenia radiacyjnego wraz ze spadkiem strefowego gradientu temperatury powierzchni oceanu, pomimo stale nasilającego się wymuszenia antropogenicznego gazów cieplarnianych.
Zdaniem badaczy symulacje zaproponowanych przez nich modeli AMIP, zgodne z obserwacjami, wykazały, że cyrkulacja Walkera wraz z dalszym ocieplaniem się oceanu w tym regionie ma silniejszy sygnał, a nie słabszy, choć globalna średnia cyrkulacja wymienna atmosfery rzeczywiście od dekad słabnie podczas postępującego globalnego ocieplenia (Shrestha i Soden , 2023).
I co istotne, gradient temperaturowy między wschodnim a zachodnim równikowym Pacyfikiem właśnie też w badanym okresie w erze satelitarnej wzmacnia się, a nie osłabia, zgodnie ze wzorcem wewnętrznej zmienności klimatycznej jaką jest La Niña.
Dotychczasowe hipotezy objaśniające wzmocnienie bądź osłabienie tego gradientu dotyczyły:
– stabilności atmosfery,
– tłumienia parowania,
– termostatu oceanicznego,
– „efektu tęczówki” i
– wewnętrznej zmienności klimatycznej.
Rys. Różnice w temperaturach powierzchni morza i wzorcach ω 500 między wynikami symulacji CMIP6 AMIP a sprzężonymi eksperymentami historycznymi : wielomodelowy średni trend dekadowy (1979–2014) temperatury powietrza przy powierzchni (a, b) i pionowej prędkości ciśnienia w środkowej troposferze, ω 500 (c, d) dla symulacji AMIP (po lewej) i historycznych (po prawej) z CMIP6. Dekadowy trend globalnej średniej temperatury powietrza przy powierzchni jest przedstawiony na górze każdego wykresu. Źródło: Sisam Shrestha, Brian J. Soden / CC BY 4.0
Dawniejsze hipotezy wykazywały błędy albo nieścisłości w ukazaniu wzorców opadów deszczy tropikalnych w trakcie narastającego globalnego ocieplenia
Jednak wiele nowszych badań wskazało błędne założenia tych hipotez, gdyż wcześniejsze modele, pokazując te rozbieżności termodynamiczne, niezbyt dokładnie symulowały sprzężenia zwrotne chmur oraz w całości mechanizmy El Niño-Oscylacji Południowej (ENSO). Ponadto modele pokazywały w obserwowanym czasie relatywnie słabe ocieplenie lub ewentualnie regionalne ochładzanie Oceanu Południowego w ostatnich dekadach. Bo to właśnie ono – na co wskazują niniejsi badacze – może zdecydowanie wpływać na równikowy gradient temperatury powierzchni oceanu na Pacyfiku.
– Dzięki dostępności długoterminowych danych z ery satelitarnej i wysokiej jakości zestawów danych reanalizy ograniczonych obserwacją, jesteśmy teraz w lepszej pozycji niż kiedykolwiek, aby zbadać, jak opady zareagowały na zachodzące zmiany klimatu. Rodzi to wiele kluczowych pytań: Czy obserwowane trendy opadów w ostatnich dekadach można wyjaśnić za pomocą istniejących ram teoretycznych, takich jak WeGW, DeCO2 i WaGW? – pytają w swojej pracy naukowcy.
Po głębszej analizie pracy wyciągają przede wszystkim następujący wniosek, że pod wpływem silnie narastającego od kilku dekad wymuszenia antropogenicznego oraz wzrostu temperatury w atmosferze i oceanach oddziałują przede wszystkim zmienne w dynamice atmosfery (wiatrów) bardziej niż w termodynamice (pary wodnej), co przekłada się na silne odwzorowania kontrastów termicznych między oceanami a lądami oraz między półkulą północną a południową:
– Zmiany opadów tropikalnych w erze satelitarnej są napędzane przede wszystkim przez przestrzenne przesunięcia cyrkulacji atmosferycznej na dużą skalę w regionie Indo-Pacyfiku, a nie przez procesy termodynamiczne. Co więcej, nasze wyniki wskazują, że ocieplenie lądów i postępujące pustynnienie na półkuli północnej aktywnie wpływają na obserwowane zmiany hydroklimatu tropikalnego, podważając założenia dotyczące oceanów w obecnych modelach klimatycznych – stwierdzają w końcowym wyniku.
Referencje:
Ligin Joseph , Pascal Terray , KP Sooraj & Sébastien Masson ; 2026 ; Tropical precipitation response to anthropogenic climate change in recent decades ; Nature Communications , volume 17, Article number: 4450 ; https://www.nature.com/articles/s41467-026-71187-4
Sisam Shrestha, Brian J. Soden ; 2023 ; Anthropogenic Weakening of the Atmospheric Circulation During the Satellite Era ; Geophysical Research Letters , Volume50, Issue22 ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023GL104784