Климатические изменения не увеличивают влажность в сухих регионах
Аридные и полуаридные зоны могут столкнуться с особенно высокими рисками экстремальной жары и пожаров.
Законы термодинамики гласят, что более теплая атмосфера может удерживать больше водяного пара, но новые исследования показали, что влажность воздуха не увеличилась, как ожидалось, в аридных и полуаридных регионах мира по мере потепления климата.
Эти результаты особенно удивительны, потому что климатические модели предсказывали, что атмосфера станет более влажной, даже в сухих регионах. Если атмосфера суше, чем предполагалось, аридные и полуаридные регионы могут быть еще более уязвимы к будущим лесным пожарам и экстремальной жаре, чем прогнозировалось.
Авторы нового исследования, возглавляемого Национальным научным фондом США Национальным центром атмосферных исследований (NSF NCAR), не уверены, что вызывает этот разрыв.
«Последствия могут быть потенциально серьезными. Это глобальная проблема, и это совершенно неожиданно, учитывая результаты наших климатических моделей»
сказала ученый NSF NCAR Исла Симпсон, ведущий автор исследования.
Симпсон и её соавторы говорят, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы выяснить, почему водяной пар не увеличивается. Причины могут быть связаны с тем, что влага не перемещается с поверхности Земли в атмосферу, как предполагалось, или циркулирует в атмосфере неожиданными способами. Также возможно, что за этим стоит совершенно другой механизм.
Усугубляя загадку, новое исследование показало, что, хотя водяной пар увеличивается над влажными регионами мира, он не повышается так сильно, как ожидалось, в самые аридные месяцы года.
Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследование было финансировано Национальным научным фондом, NOAA и Министерством энергетики США. Его соавторами стали ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе; Калифорнийского университета в Санта-Барбаре; Корнельского университета; Международной организации Polar Bears International; и Колумбийского университета.
Удивительная находка
Основное правило климатической науки заключается в том, что атмосфера может удерживать больше влаги по мере своего потепления. Это известно как соотношение Клаузиуса-Клапейрона, и именно поэтому климатические модели последовательно предсказывают, что водяной пар в атмосфере будет увеличиваться по мере того, как планета становится теплее.
Однако, когда Симпсон работала над отчетом для NOAA в 2020 году о климатических изменениях на юго-западе Соединенных Штатов, она осознала, что атмосфера там высыхает гораздо сильнее, чем можно было бы ожидать, основываясь на симуляциях климатических моделей.
Заинтригованная этим, Симпсон и её соавторы изучили атмосферу в глобальном масштабе, чтобы определить, увеличивается ли водяной пар в соответствии с климатическими прогнозами. Исследовательская группа обратилась к множеству источников наблюдений за период с 1980 по 2020 год. К ним относились сети метеостанций, а также базы данных, оценивающие влажность на основе наблюдений из таких источников, как метеозонды и спутники.
К удивлению ученых, они обнаружили, что водяной пар над аридными и полуаридными регионами в целом оставался неизменным, вместо того чтобы увеличиваться примерно на 7% на каждый 1° Цельсия (1,8° по Фаренгейту) потепления, как можно было бы ожидать на основе соотношения Клаузиуса-Клапейрона. Водяной пар фактически снизился на юго-западе Соединенных Штатов, где наблюдалось долгосрочное сокращение осадков.
«Это противоречит всем симуляциям климатических моделей, в которых водяной пар увеличивается с темпами, близкими к теоретическим ожиданиям, даже в сухих регионах. Учитывая тесную связь между водяным паром и лесными пожарами, функционированием экосистем и крайними температурами, этот вопрос должен быть решен для предоставления достоверных климатических прогнозов для аридных и полуаридных регионов мира»
написали авторы в новой статье.
В исследовании отмечается, что эта ситуация приводит к увеличению дефицита влажности воздуха, который представляет собой разницу между количеством влаги, которое атмосфера может удерживать, и фактическим содержанием влаги в воздухе. Когда этот дефицит возрастает, он может действовать как критический фактор, вызывающий лесные пожары и стресс экосистем.
«Мы можем столкнуться с еще более высокими рисками, чем было спрогнозировано для аридных и полуаридных регионов, таких как Юго-Запад, который уже пострадал от беспрецедентных водных дефицитов и экстремальных сезонов лесных пожаров»
сказала Симпсон.
Она и её коллеги обнаружили более сложную ситуацию во влажных регионах, где атмосферный водяной пар увеличивался в соответствии с прогнозами климатических моделей в более влажные сезоны. Это увеличение немного уменьшалось в самые сухие месяцы, но не снижалось так сильно, как в аридных и полуаридных регионах.
В поисках виновника
Что касается вопроса, почему водяной пар в атмосфере не увеличивается над сухими регионами, как ожидалось, авторы в общих чертах предлагают две возможности: количество влаги, переносимой с земной поверхности в воздух, может быть меньше, чем в моделях, или способ, которым атмосфера транспортирует влагу в сухие регионы, может отличаться от моделей.
Проблемы с атмосферным транспортом менее вероятны, они заключают, поскольку это не обязательно объясняет общее поведение всех аридных и полуаридных регионов мира, которые получают влагу из разных мест.
Это оставляет земную поверхность как наиболее вероятного виновника. Авторы выдвигают несколько возможных причин: на земле может быть меньше воды, доступной для атмосферы, чем в моделях, она может высыхать больше, чем ожидалось, по мере потепления климата, или растения могут эффективнее удерживать влагу и выделять меньше её в атмосферу.
Авторы также рассматривали возможность ошибки в наблюдениях. Однако они пришли к выводу, что это маловероятно, поскольку несоответствие тесно связано с сухостью регионов по всему миру и постоянно обнаруживается, даже когда записи делят на более короткие временные отрезки, чтобы избежать ошибок, связанных с изменениями в инструментарии.
Симпсон подчеркнула, что необходимы дополнительные исследования для определения причины.
«Это действительно сложная проблема, которую нужно решить, потому что у нас нет глобальных наблюдений за всеми процессами, которые важны для понимания того, как вода передается с земной поверхности в атмосферу. Но нам абсолютно необходимо выяснить, что идет не так, потому что ситуация не соответствует нашим ожиданиям и может иметь очень серьезные последствия для будущего»
