Климатические модели ошибались насчет потепления Антарктики

Вопреки предсказаниям глобальных климатических моделей об ожидаемом потеплении океана вокруг Антарктиды, наблюдается обратная тенденция: за последние четыре десятилетия эти воды в основном охлаждались. Ученые из Stanford University выяснили, что это расхождение между модельными результатами и реальными наблюдениями объясняется главным образом неучтенными в моделях объемами талой воды и недооцененными осадками.

Эрл Уилсон, доцент кафедры наук о системе Земли в Stanford Doerr School of Sustainability и старший автор исследования, опубликованного в Geophysical Research Letters, утверждает, что тенденция к охлаждению Южного океана на самом деле является следствием глобального потепления. По его словам, потепление ускоряет таяние ледникового щита Антарктиды и увеличивает количество местных осадков.

Повышение температуры приводит к таянию антарктических льдов и увеличению осадков, из-за чего верхний слой Южного океана становится менее соленым и, следовательно, менее плотным. Это создает своего рода «крышку», которая ограничивает обмен прохладных поверхностных вод с более теплыми глубинными водами. Уилсон поясняет, что чем более пресным становится поверхностный слой, тем труднее теплым водам подняться наверх.

Однако это опреснение не полностью учитывается в современных климатических моделях, что давно признается учеными как серьезный источник неопределенности в прогнозах будущего повышения уровня моря. Уилсон говорит, что влияние талой ледниковой воды на циркуляцию океана полностью отсутствует в большинстве климатических моделей.

Несоответствие между наблюдаемыми и смоделированными температурами поверхности моря вокруг Антарктиды является частью более широкой проблемы для ученых и правительств, стремящихся подготовиться к последствиям изменения климата. Глобальные климатические модели в целом неточно воспроизводят наблюдаемое за последние 40 лет похолодание в Южном океане и восточной части Тихого океана в районе экватора, а также интенсивность потепления, зафиксированного в Индийском и западной части Тихого океанов. Существует также расхождение между модельными расчетами и наблюдаемой частотой погодных явлений Ла-Нинья, характеризующихся более низкими, чем в среднем, температурами в восточной части Тихого океана.

События потепления в Южном океане за последние примерно восемь лет несколько ослабили сорокалетнюю тенденцию к охлаждению. Но если тенденции температуры поверхности моря по всему миру продолжат напоминать закономерности, проявившиеся в последние десятилетия, а не сместятся к паттернам, предсказанным в моделях, это изменит ожидания ученых относительно некоторых краткосрочных последствий изменения климата. Уилсон считает, что их результаты могут помочь согласовать эти глобальные расхождения.

Океаны по всему миру поглотили более четверти углекислого газа, выброшенного в результате деятельности человека, и более 90% избыточного тепла, уловленного в нашей климатической системе парниковыми газами. Ведущий автор исследования Закари Кауфман, постдокторант в области наук о системе Земли, говорит, что Южный океан является одним из основных мест, где происходит это поглощение.

В результате Южный океан оказывает непропорционально большое влияние на глобальное повышение уровня моря, поглощение тепла океаном и связывание углерода. Температура его поверхности влияет на погодные явления Эль-Ниньо и Ла-Нинья, которые, в свою очередь, воздействуют на количество осадков даже в таких отдаленных регионах, как Калифорния.

Чтобы понять физический механизм охлаждения Южного океана и сделать возможными более надежные прогнозы его будущего влияния на климатическую систему Земли, Уилсон и Кауфман решили определить, насколько сильно охладилась температура поверхности моря вокруг Антарктиды в моделях в ответ на опреснение. Уилсон признается, что они наивно полагали, что не имеет значения, где именно в модели добавлять пресную воду.

Исследователи с удивлением обнаружили, что температура поверхности гораздо более чувствительна к потокам пресной воды, сконцентрированным вдоль побережья, чем к тем, которые более широко распределяются по океану в виде дождя. Уилсон говорит, что добавление пресной воды вблизи антарктического побережья оказывает большее влияние на формирование морского льда и сезонный цикл его протяженности, что затем сказывается на температуре поверхности моря. Он добавляет, что это был неожиданный результат, который они намерены изучить подробнее в будущих работах.

Предыдущие исследования пытались количественно оценить влияние антарктической талой воды на глобальную климатическую систему, добавляя некоторое количество пресной воды в симуляцию одной климатической модели – эксперименты, которые ученые назвали «шланговыми». Уилсон объясняет, что такие эксперименты дают очень разные результаты, поскольку условия их проведения немного отличаются, модели тоже разные, и неясно, можно ли сравнивать эти результаты напрямую.

В новом исследовании ученые стремились избежать этой проблемы, работая с набором симуляций. Используя новый ансамбль связанных моделей климата и океана из недавно запущенной инициативы Southern Ocean Freshwater Input from Antarctica (SOFIA), а также более старый набор моделей, симулирующих изменения плотности и циркуляции океана, авторы проанализировали, насколько изменилась смоделированная температура поверхности моря в ответ на фактическое поступление пресной воды в период с 1990 по 2021 год.

Кауфман отмечает, что велись споры о том, достаточно ли было талой воды за исторический период, чтобы она имела реальное значение. Он утверждает, что их работа показывает – да, достаточно.

С помощью нового метода, включающего симуляции 17 различных климатических моделей, исследователи обнаружили, что неучтенная пресная вода объясняет до 60% расхождения между наблюдаемыми и прогнозируемыми температурами поверхности Южного океана в период с 1990 по 2021 год.

Уилсон говорит, что уже некоторое время известно, что таяние ледникового щита повлияет на циркуляцию океана в следующем столетии и далее. Он заключает, что их результаты предоставляют новые доказательства того, что эти тенденции талой воды уже изменяют динамику океана и, возможно, глобальный климат.