Таяние льдов и усиление дождей приводят к охлаждению Южного океана

Исследователи из Стэнфорда обнаружили, что увеличение количества талой воды и осадков объясняет 60% десятилетнего несоответствия между прогнозируемыми и наблюдаемыми температурами в океане вокруг Антарктиды. Исследование было опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.

Поверхностные воды Южного океана в последние десятилетия охлаждаются, вопреки прогнозам климатических моделей. Ученые подсчитали, в какой степени похолодание, наблюдаемое с 1990 года, было вызвано притоком пресной воды, который не учитывается в современных климатических моделях.

Исследователи обнаружили, что приток пресной воды вдоль побережья в результате таяния ледниковых щитов оказывает удивительно сильное влияние на температуру поверхности Южного океана и климатическую систему в целом.

Глобальные климатические модели предсказывают, что океан вокруг Антарктиды должен нагреваться, но на самом деле эти воды охлаждались на протяжении большей части последних четырех десятилетий. 

Ученые Стэнфордского университета обнаружили, что расхождение между результатами моделирования и наблюдаемым похолоданием в основном обусловлено отсутствием данных о талой воде и недооценкой количества осадков. 

«Мы обнаружили, что тенденция к охлаждению Южного океана на самом деле является реакцией на глобальное потепление, которое ускоряет таяние ледяного покрова и выпадение локальных осадков», — сказал соавтор исследования Эрл Уилсон.

По мере того, как растущие температуры растапливают ледяной покров Антарктиды и вызывают больше осадков, верхний слой Южного океана становится менее соленым — и, следовательно, менее плотным. Это создает крышку, которая ограничивает обмен прохладных поверхностных вод с более теплыми водами ниже. «Чем преснее вы делаете этот поверхностный слой, тем сложнее смешивать теплую воду», — объяснил Уилсон.

Но это опреснение не полностью отражено в современных климатических моделях — недостаток, который ученые давно признали основным источником неопределенности в прогнозах будущего повышения уровня моря. «Влияние таяния ледников на циркуляцию океана полностью отсутствует в большинстве климатических моделей», — сказал Уилсон.

Несоответствие между наблюдаемыми и моделируемыми температурами поверхности моря вокруг Антарктиды является частью более масштабной проблемы для ученых и правительств, стремящихся подготовиться к климатическим воздействиям. Глобальные климатические модели, как правило, неточно моделируют похолодание, наблюдаемое за последние 40 лет в Южном океане и восточной части Тихого океана вокруг экватора, или интенсивность потепления, наблюдаемого в Индийском и западной части Тихого океана. Также существует несоответствие между моделированием и наблюдаемой частотой погодных условий Ла-Нинья, определяемых тем, что восточная часть Тихого океана холоднее среднего. 

События потепления в Южном океане примерно за последние восемь лет несколько ослабили 40-летнюю тенденцию к охлаждению. Но если тенденции температуры морской поверхности по всему миру продолжат напоминать закономерности, которые появились в последние десятилетия, а не будут смещаться в сторону закономерностей, предсказанных в моделировании, это изменит ожидания ученых относительно некоторых краткосрочных последствий изменения климата. «Наши результаты могут помочь примирить эти глобальные расхождения», — сказал Уилсон.

Океаны во всем мире поглотили более четверти углекислого газа, выбрасываемого в результате деятельности человека, и более 90% избыточного тепла, удерживаемого в нашей климатической системе парниковыми газами. «Южный океан — одно из основных мест, где это происходит», — сказал ведущий автор исследования Захари Кауфман, постдокторант в области наук о системе Земли. 

В результате Южный океан оказывает огромное влияние на повышение уровня мирового океана, поглощение тепла океаном и секвестрацию углерода. Его поверхностные температуры влияют на погодные условия Эль-Ниньо и Ла-Нинья, которые влияют на количество осадков вплоть до Калифорнии.

Чтобы понять физический механизм охлаждения Южного океана и обеспечить более надежные прогнозы его будущего воздействия на климатическую систему Земли, Уилсон и Кауфман решили определить, насколько температура морской поверхности вокруг Антарктиды в моделировании охладилась в ответ на опреснение. «Мы наивно полагали, что не будет иметь значения, куда именно вы поместите пресную воду», — сказал Уилсон. 

Исследователи с удивлением обнаружили, что температура поверхности гораздо более чувствительна к потокам пресной воды, сосредоточенным вдоль побережья, чем к тем, которые распространяются по всему океану в виде дождя. 

«Применение пресной воды вблизи антарктической границы оказывает большее влияние на формирование морского льда и сезонный цикл распространения морского льда, что затем оказывает влияние на температуру поверхности моря», — сказал Уилсон. «Это был удивительный результат, который мы с нетерпением ждем дальнейшего изучения в будущих работах». 

Предыдущие исследования пытались количественно оценить, как талая вода Антарктики влияет на глобальную климатическую систему, добавляя некоторое количество пресной воды в единую климатическую модель моделирования, в том, что ученые назвали экспериментами «обливанием». «Вы получаете очень разные результаты, потому что люди немного по-разному настраивают свои эксперименты, и модели немного отличаются, и неясно, действительно ли это сравнения яблок с яблоками», - объяснил Уилсон. 

В новом исследовании ученые попытались обойти эту проблему, работая с набором симуляций. Используя новый ансамбль сопряженных климатических и океанических моделей из недавно запущенной инициативы Southern Ocean Freshwater Input from Antarctica (SOFIA) , а также более старый набор моделей, имитирующих изменения плотности и циркуляции океана, авторы проанализировали, насколько изменились смоделированные температуры поверхности моря в ответ на фактические поступления пресной воды в период с 1990 по 2021 год. 

«Были некоторые дебаты о том, достаточно ли этой талой воды за исторический период, чтобы иметь значение», — сказал Кауфман. «Мы показываем, что это так».

Используя новый метод, который включает моделирование с использованием 17 различных климатических моделей, исследователи обнаружили, что отсутствие пресной воды объясняет до 60% несоответствия наблюдаемых и прогнозируемых температур поверхности Южного океана в период с 1990 по 2021 год. 

«Мы уже давно знаем, что таяние ледяного покрова повлияет на циркуляцию океана в течение следующего столетия и далее», — сказал Уилсон. «Наши результаты предоставляют новые доказательства того, что эти тенденции таяния талой воды уже меняют динамику океана и, возможно, глобальный климат».