Влажная почва провоцирует и усиливает экстремальные волны жары по всему миру

Фото из открытых источников

Жара, как правило, обрушивается на одни и те же знакомые места. Засушливые внутренние районы Северной Америки, палящее средиземноморское лето, сельскохозяйственные регионы, где почва низменная, как раз в тот момент, когда жара достигает своего пика. Сухая земля превращает солнечный свет в тепло, поэтому именно в этих местах стоит самая сильная жара.

Карта регионов, где почва является источником наибольшей жары, казалась неизменной. Новое исследование с использованием климатических моделей предполагает, что сильное потепление изменит её, сместив опасность от некоторых нынешних очагов и обозначив новые, расположенные гораздо севернее. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Когда почва высыхает, она перестает выделять влагу. Растения и земля обычно выделяют воду в воздух, и это испарение уносит тепло, подобно тому, как пот охлаждает кожу. Если убрать влагу, охлаждение прекращается.

Когда энергии некуда деваться, солнечный свет превращается в тепло, а не поднимает воду в небо. Земля раскаляется, воздух наверху нагревается быстрее, и жаркий день становится опасным.

Ученые называют эту связь между влажностью почвы и температурой воздуха «взаимосвязью», и она наиболее выражена летом.

Наиболее сильная связь между этими регионами наблюдается в промежуточных зонах, не являющихся ни абсолютно сухими, ни абсолютно сухими. К таким зонам относятся Центральные Великие равнины, части Индии, Южная Европа и Сахель в Африке.

Засуха здесь может смениться жарой, потому что почва удерживает ровно столько воды, сколько нужно, но в то же время её так мало, что она быстро заканчивается.

Даниэль Ф.Т. Хаган из Лаборатории гидроклиматических экстремальных явлений Гентского университета (UGent) в Бельгии возглавил группу, которая поставила перед собой задачу составить карту расположения этих очагов, усиливающих тепловое воздействие, к концу столетия.

Они провели моделирование климата с использованием 11 различных моделей для двух совершенно разных сценариев будущего, сопоставив мир, в котором сокращаются выбросы, с миром, в котором продолжается сжигание ископаемого топлива.

В условиях будущего с низким уровнем выбросов нынешние очаги загрязнения просто усиливаются и немного расширяются, оставаясь примерно на своих нынешних местах. Привычная карта остается неизменной.

В условиях сильного потепления картина искажается. Старые очаги повышенной температуры вблизи экватора ослабевают и сокращаются, в то время как новые появляются гораздо дальше на севере. Влияние сухой почвы на летнюю жару не просто усиливается повсюду, как можно было бы ожидать. Оно перемещается.

Это смещение на север — то, что исследователи раньше не могли точно определить. В более ранних работах были нанесены на карту современные горячие точки, и предполагалось, что климат изменит их расположение. Но в каком направлении и в какой степени это будет зависеть от выбросов — оставалось неясным.

До сих пор никто не доказал, что сильное потепление смещает связь в сторону полюсов, ослабляя при этом её связь вблизи экватора.

В периоды сильного потепления регионы на севере Северной Америки и севере Европы становятся новыми очагами повышения температуры. Места, где раньше было слишком влажно, чтобы почва влияла на температуру, начинают пересекать зону, где это происходит. Вода, которая раньше смягчала эти колебания, истончается.

Отдельный участок этой системы расположен к югу от экватора, во влажных тропиках. Там потепление настолько усиливает испарение, что оно нивелирует дополнительные осадки и всё равно осушает почву. Земля теряет воду даже в дождливый год, усиливая взаимосвязь там, где этого меньше всего ожидаешь.

Две разные силы приводят к этим двум половинам изменений, и исследование позволяет их различить. Там, где появляются новые очаги перегрева, сам воздух, по-видимому, становится более реактивным – определённое воздействие на поверхность вызывает более значительные колебания температуры, чем раньше. Атмосфера становится более чувствительной.

Там, где старые очаги возгорания исчезают, причина иная. Почва просто теряет свои свойства. По мере того, как эти регионы становятся более влажными, в земле всегда достаточно воды для испарения, и летняя жара перестает зависеть от нее.

Недавнее исследование, отслеживающее, как потепление уже сместило очаги аномальной жары на запад, подтверждает ту же общую закономерность.

В основе обоих эффектов лежит значительное изменение циркуляции воздуха. Команда исследователей связала большую часть этих изменений с изменением характера подъема и опускания воздуха — механизмов, определяющих, где выпадет дождь, а где нет.

Одним из главных факторов, влияющих на циркуляцию, является обширная атмосферная петля, называемая циркуляцией Хэдли. Это система восходящих потоков воздуха вблизи экватора и нисходящих потоков воздуха над субтропиками, которая располагается там, где находятся пустыни и тропические леса планеты. По мере потепления планеты эта петля расширяется и смещает свои сухие края к полюсам.

По всей видимости, это расширение увлекает за собой зону влияния почвы на север. Там, где опускающийся, сухой воздух распространяется на некогда влажные земли, он нагревает поверхность и вытягивает влагу, подготавливая эти регионы к тому, чтобы в будущем они стали очагами теплообмена. Расширяющаяся петля, задокументированная в более ранних работах по моделированию, дает четкое объяснение этому смещению на север.

Обратная ситуация наблюдается в старых очагах распространения холода. В некоторых из них изменение направления ветра притягивает больше океанической влаги и ослабляет нисходящие потоки воздуха, поэтому осадки поднимаются вверх, а почва остается влажной. Та самая засуха, которая делала их опасными, исчезает, и их влияние на температуру ослабевает.

В результате исследования был сделан вывод, ранее недоступный в этой области. При сильном потеплении география переноса тепла, обусловленного состоянием почвы, не усиливается в определенных местах. Она разделяется на две части, ослабевая вблизи тропиков и усиливаясь по направлению к полюсам. Разделение происходит неравномерно и зависит от траектории выбросов.

Для регионов, унаследовавших эти новые очаги неблагоприятных погодных условий, ставки весьма высоки. Северная Европа, северные районы Северной Америки и отдельные зоны влажных тропиков могут столкнуться с более высоким риском возникновения комбинированных засушливых и жарких периодов, когда засуха и жара усиливают друг друга и повышают температуру выше той, которую можно было бы ожидать только за счет осадков.

Местные сообщества и фермерские хозяйства в этих зонах не планировали такое сочетание факторов. Соответствующие исследования обратной связи между высыханием почвы и потеплением атмосферы показывают, что дополнительное тепло отнюдь не мало.

Для ученых и планировщиков это сообщение меняет целевые показатели. Адаптация долгое время была направлена на сегодняшние очаги распространения тепла, но данная работа предполагает, что системы предупреждения, возможно, должны отслеживать перемещение этих очагов. Место, где следующая волна жары ударит сильнее всего, во многом может зависеть от невидимых водных объектов.