Полярное усиление - Polar amplification - Wikipedia

Температурный тренд НАСА GISS 2000–2009 гг., Демонстрирующий сильное арктическое усиление.

Полярное усиление Это явление, при котором любое изменение в чистом радиационном балансе (например, усиление парникового эффекта) имеет тенденцию вызывать большее изменение температуры около полюсов, чем в среднем по планете.[1] На планете с атмосферой, которая может ограничивать излучение длинноволнового излучения в космос ( парниковый эффект ) температура поверхности будет выше, чем у простого планетарная равновесная температура расчет бы предсказал. Там, где атмосфера или обширный океан способны переносить тепло к полюсам, полюса будут теплее, а экваториальные регионы холоднее, чем можно было бы предсказать по их локальному чистому балансу радиации.[2]  

В крайнем случае, планета Венера считается, что за время своего существования испытала очень большое усиление парникового эффекта,[3] настолько сильно, что его полюса достаточно нагрелись, чтобы эффективно отвести температуру поверхности изотермический (нет разницы между полюсами и экватором).[4][5] На земной шар водяной пар и следовые газы обеспечивают меньший парниковый эффект, а атмосфера и обширные океаны обеспечивают эффективный перенос тепла к полюсам. Обе палеоклимат изменения и недавние глобальное потепление изменения показали сильное полярное усиление, как описано ниже.

Арктическое усиление полярное усиление Северный полюс Земли Только; Антарктическое усиление это то из Южный полюс.

История

Основанное на наблюдениях исследование арктического усиления было опубликовано в 1969 г. Михаил Будыко,[6] Заключение исследования было резюмировано следующим образом: «Потеря морского льда влияет на температуру в Арктике через обратную связь по альбедо поверхности».[7][8] В том же году аналогичную модель выпустила Уильям Д. Селлерс.[9] Оба исследования привлекли значительное внимание, поскольку намекали на возможность безудержной положительной обратной связи в глобальной климатической системе.[10] В 1975 году Манабе и Ветеральд опубликовали первую в некоторой степени правдоподобную модель общей циркуляции, в которой рассматривались эффекты увеличения выбросов парниковых газов. Хотя он ограничен менее чем одной третью земного шара, с «болотным» океаном и только поверхностью суши в высоких широтах, он показал, что в Арктике потепление происходит быстрее, чем в тропиках (как и все последующие модели).[11]

Усиление

Усиливающие механизмы

Отзывы, связанные с морским льдом и снежным покровом широко цитируются как основная причина недавнего усиления полярной полярности на Земле.[12][13][14] Однако усиление наблюдается и в модельных мирах без льда и снега.[15] Похоже, что это происходит как из-за (возможно, кратковременного) усиления переноса тепла к полюсам, так и, в большей степени, из-за изменений в локальном чистом радиационном балансе (общее уменьшение внешнего излучения приведет к большему относительному увеличению чистого излучения вблизи полюсов, чем вблизи экватора ).[15]

Некоторые примеры обратная связь климатической системы считается, что способствуют недавнему усилению полярности, включая уменьшение снежного покрова и морской лед, изменение циркуляции атмосферы и океана, наличие антропогенной сажи в Арктический окружающей среды, и увеличение облачности и водяного пара.[13] Большинство исследований связаны изменения морского льда к полярному усилению.[13] Некоторые модели современного климата демонстрируют усиление Арктики без изменений снежного и ледяного покрова.[16] Отдельные процессы, способствующие полярному потеплению, имеют решающее значение для понимания чувствительность климата.[17]

Циркуляция океана

Было подсчитано, что 70% мировой энергии ветра передается в океан и происходит в Антарктическое циркумполярное течение (АКК). В итоге, апвеллинг из-за напряжения ветра переносит холодные воды Антарктики через Атлантику поверхностный ток, согревая их над экватором и в арктическую среду. Таким образом, потепление в Арктике зависит от эффективности глобального океанического переноса и играет роль в полярном эффекте качелей.[18]

Пониженный кислород и низкий pH во время Ла-Нинья это процессы, которые коррелируют со снижением первичной продукции и более выраженным направленным к полюсу течением океанских течений.[19] Было высказано предположение, что механизм повышенных аномалий температуры приземного воздуха в Арктике во время периодов Ла-Нинья ENSO может быть отнесен к Механизму тропически возбужденного арктического потепления (TEAM), когда Россби волны распространяются больше к полюсу, что приводит к волновой динамике и увеличению нисходящего инфракрасного излучения.[1][20]

Коэффициент усиления

Полярное усиление количественно оценивается с помощью полярный коэффициент усиления, обычно определяемый как отношение некоторого изменения полярной температуры к соответствующему изменению более широкой средней температуры:

  ,


куда изменение полярной температуры и    представляет собой, например, соответствующее изменение глобальной средней температуры.

Общие реализации[21][22] непосредственно определять изменения температуры как аномалии в температура приземного воздуха относительно недавнего референтного интервала (обычно 30 лет). Другие использовали соотношение вариаций приземной температуры воздуха в течение длительного интервала.[23]

Фаза усиления

Температурные тенденции в Западная Антарктида (слева) значительно превысили средний мировой показатель; Восточная Антарктида в меньшей степени

Замечено, что потепление в Арктике и Антарктике обычно происходит не в фазе из-за орбитальное форсирование, что приводит к так называемой полярные качели эффект.[24]

Полярное усиление палеоклимата

Ледниковый / межледниковый циклы Плейстоцен предоставить обширный палеоклимат свидетельства полярного усиления как из Арктики, так и из Антарктики.[22] В частности, повышение температуры с момента последний ледниковый максимум 20 000 лет назад дает ясную картину. Прокси-температурные записи из Арктики (Гренландия ) и из Антарктики указывают полярные коэффициенты усиления порядка 2,0.[22]

Недавнее усиление Арктики

Смотрите также: Изменение климата в Арктике и Волна Россби § Усиление волн Россби
Темная поверхность океана отражает только 6 процентов приходящей солнечной радиации, вместо этого морской лед отражает от 50 до 70 процентов.[25]

Предлагаемые механизмы, приводящие к наблюдаемому усилению Арктики, включают Сокращение морского льда в Арктике (открытая вода отражает меньше солнечного света, чем морской лед) и перенос тепла атмосферным воздухом от экватора в Арктику.[26]

Дженнифер Фрэнсис сказал Scientific American в 2017 году: «Гораздо больше водяного пара переносится на север большими колебаниями в струйный поток. Это важно, потому что водяной пар является парниковым газом, как углекислый газ и метан. Он задерживает тепло в атмосфере. Этот пар также конденсируется в виде капель, известных как облака, которые сами удерживают больше тепла. Пар - большая часть истории усиления - главная причина, по которой Арктика нагревается быстрее, чем где-либо еще ».[27]

Исследования связывают быстрое потепление арктических температур и, следовательно, исчезающее криосфера, к экстремальные погодные условия в средних широтах.[28][29][30][31] В частности, одна гипотеза связывает полярное усиление с экстремальными погодными условиями, изменяя полярная струя.[28] Однако в исследовании 2013 года было отмечено, что экстремальные явления, в частности связанные с уменьшением морского льда и снежного покрова, еще не наблюдались достаточно долго, чтобы отличить естественную изменчивость климата от воздействий, связанных с недавним изменением климата.[32]

Исследования, опубликованные в 2017 и 2018 годах, выявили закономерности остановки Россби Волны в струйном потоке северного полушария, чтобы вызвать почти стационарные экстремальные погодные явления, такие как Жара в Европе в 2018 г., то Европейская жара 2003 г., Жара в России 2010 г., 2010 наводнение в Пакистане - эти события были связаны с глобальное потепление, быстрое прогревание Арктики.[33][34]

Согласно исследованию 2009 г. Атлантическое многодесятилетнее колебание (AMO) сильно коррелирует с изменениями температуры в Арктике, что позволяет предположить, что Термохалинная циркуляция Атлантического океана связана с изменчивостью температуры в Арктике в многодесятилетнем масштабе.[35] Исследование, проведенное в 2014 году, показало, что усиление Арктики значительно снизило изменчивость температуры в холодное время года в Северном полушарии в последние десятилетия. Холодный арктический воздух сегодня быстрее проникает в более теплые нижние широты осенью и зимой, и эта тенденция, по прогнозам, сохранится в будущем, за исключением лета, что ставит под сомнение, принесут ли зимы еще больше экстремальных холода.[36] Согласно исследованию 2015 года, основанному на компьютерном моделировании аэрозолей в атмосфере, потепление до 0,5 градуса Цельсия, наблюдавшееся в Арктике в период с 1980 по 2005 год, связано с сокращением аэрозолей в Европе.[37][38]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Ли, Сукён (январь 2014 г.). «Теория полярного усиления с точки зрения общей циркуляции» (PDF). Азиатско-Тихоокеанский журнал атмосферных наук. 50 (1): 31–43. Bibcode:2014APJAS..50 ... 31л. Дои:10.1007 / s13143-014-0024-7. S2CID  20639425.
  2. ^ Пьерумберт, Р. Т. (2010). Принципы планетарного климата. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0521865562.
  3. ^ Кастинг, Дж. Ф. (1988). «Убегающая и влажная парниковая атмосфера и эволюция Земли и Венеры». Икар. 74 (3): 472–94. Bibcode:1988Icar ... 74..472K. Дои:10.1016/0019-1035(88)90116-9. PMID  11538226.
  4. ^ Уильямс, Дэвид Р. (15 апреля 2005 г.). "Факты о Венере". НАСА. Получено 2007-10-12.
  5. ^ Lorenz, Ralph D .; Лунин, Джонатан I .; Withers, Paul G .; Маккей, Кристофер П. (2001). «Титан, Марс и Земля: производство энтропии за счет широтного переноса тепла» (PDF). Исследовательский центр Эймса, Лаборатория Луны и планет Аризонского университета. Получено 2007-08-21.
  6. ^ Будыко, М. (1969). «Влияние вариаций солнечной радиации на климат Земли». Скажи нам. 21 (5): 611–9. Дои:10.3402 / tellusa.v21i5.10109. S2CID  21745322.
  7. ^ Цвиянович, Ивана; Калдейра, Кен (2015). «Атмосферные воздействия уменьшения содержания СО2 в морском льду вызывают глобальное потепление» (PDF). Климатическая динамика. 44 (5–6): 1173–86. Дои:10.1007 / s00382-015-2489-1. S2CID  106405448.
  8. ^ «Лед в действии: морскому льду на Северном полюсе есть что сказать об изменении климата». Йельский научный. 2016.
  9. ^ Продавцы, Уильям Д. (1969). «Глобальная климатическая модель, основанная на энергетическом балансе системы Земля-атмосфера». Журнал прикладной метеорологии. 8 (3): 392–400. Bibcode:1969JApMe ... 8..392S. Дои:10.1175 / 1520-0450 (1969) 008 <0392: AGCMBO> 2.0.CO; 2.
  10. ^ Олдфилд, Джонатан Д. (2016). «Вклад Михаила Будыко (1920–2001) в науку о глобальном климате: от теплового баланса до изменения климата и глобальной экологии». Расширенный обзор. 7 (5): 682–692. Дои:10.1002 / wcc.412.
  11. ^ Манабэ, Сюкоро; Ветхеральд, Ричард Т. (1975). «Влияние удвоения концентрации CO2 на климат модели общей циркуляции». Журнал атмосферных наук. 32 (1): 3–15. Bibcode:1975JAtS ... 32 .... 3M. Дои:10.1175 / 1520-0469 (1975) 032 <0003: TEODTC> 2.0.CO; 2.
  12. ^ Хансен Дж., Сато М., Руди Р. (1997). «Радиационное воздействие и климатическая реакция». Журнал геофизических исследований: атмосферы. 102 (D6): 6831–64. Bibcode:1997JGR ... 102.6831H. Дои:10.1029 / 96jd03436.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  13. ^ а б c «ДО5 МГЭИК - краткосрочное изменение климата: прогнозы и предсказуемость (глава 11 / стр. 983)» (PDF). 2013. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  14. ^ Пистон, Кристина; Эйзенман, Ян; Раманатан, Вирабхадран (2019). «Радиационное нагревание свободного ото льда Ледовитого океана». Письма о геофизических исследованиях. 46 (13): 7474–7480. Bibcode:2019GeoRL..46.7474P. Дои:10.1029 / 2019GL082914. S2CID  197572148.
  15. ^ а б Алексеев В. А., Ланген П. Л., Бейтс Дж. Р. (2005). «Полярное усиление нагрева поверхности на аквапланете в экспериментах по« выгонке призраков »без обратной связи со льдом». Климатическая динамика. 24 (7–8): 655–666. Bibcode:2005ClDy ... 24..655A. Дои:10.1007 / s00382-005-0018-3. S2CID  129600712.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  16. ^ Питан, Феликс; Мауритсен, Торстен (2 февраля 2014 г.). «В современных климатических моделях в усилении Арктики преобладает обратная связь по температуре». Природа Геонауки. 7 (3): 181–4. Bibcode:2014НатГе ... 7..181P. Дои:10.1038 / ngeo2071. S2CID  140616811.
  17. ^ Тейлор, Патрик К., Мин Цай, Эксуэ Ху, Джерри Мил, Уоррен Вашингтон, Гуан Дж. Чжан (23 сентября 2013 г.). «Разложение вкладов обратной связи в усиление полярного потепления». Журнал климата. 23 (18): 7023–43. Bibcode:2013JCli ... 26.7023T. Дои:10.1175 / JCLI-D-12-00696.1. S2CID  86861184.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  18. ^ Петр Чилек, Крис К. Фолланд, Глен Лесинс и Манвендра К. Дубей (3 февраля 2010 г.). "Биполярные качели двадцатого века приземных температур воздуха в Арктике и Антарктике" (PDF). Письма о геофизических исследованиях. 12 (8): 4015–22. Bibcode:2010GeoRL..37.8703C. Дои:10.1029 / 2010GL042793. Архивировано из оригинал (PDF) 20 февраля 2014 г.. Получено 1 мая, 2014.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  19. ^ Сон Хён Нам, Хей-Джин Ким и Уве Сенд (23 ноября 2011 г.). «Усиление гипоксических и кислых явлений в условиях Ла-Нинья на континентальном шельфе от Калифорнии». Письма о геофизических исследованиях. 83 (22): L22602. Bibcode:2011GeoRL..3822602N. Дои:10.1029 / 2011GL049549. S2CID  55150106.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  20. ^ Сукён Ли (июнь 2012 г.). «Испытание механизма тропически возбужденного арктического потепления (TEAM) с традиционными явлениями Эль-Ниньо и Ла-Нинья». Журнал климата. 25 (12): 4015–22. Bibcode:2012JCli ... 25.4015L. Дои:10.1175 / JCLI-D-12-00055.1. S2CID  91176052.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  21. ^ Массон-Дельмотт В., М. Кагеяма, П. Браконно, С. Шарбит, Г. Криннер, К. Ритц, Э. Гильярди и др. (2006). "Прошлое и будущее полярное усиление изменения климата: взаимные сравнения моделей климата и ограничения ледяного керна". Климатическая динамика. 26 (5): 513–529. Bibcode:2006ClDy ... 26..513M. Дои:10.1007 / s00382-005-0081-9. S2CID  2370836.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  22. ^ а б c Джеймс Хансен, Макико Сато, Гэри Рассел и Пушкер Хареча (сентябрь 2013 г.). "Чувствительность климата, уровень моря и двуокись углерода в атмосфере". Философские труды. Серия A, математические, физические и инженерные науки. 371 (2001): 20120294. arXiv:1211.4846. Bibcode:2013RSPTA.37120294H. Дои:10.1098 / rsta.2012.0294. ЧВК  3785813. PMID  24043864. Архивировано из оригинал 17 сентября 2013 г.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  23. ^ Кобаши Т., Шинделл Д. Т., Кодера К., Бокс Дж. Э., Накаэгава Т. и Кавамура К. (2013). "О происхождении многолетних и столетних аномалий температуры в Гренландии за последние 800 лет". Климат прошлого. 9 (2): 583–596. Bibcode:2013CliPa ... 9..583K. Дои:10.5194 / cp-9-583-2013.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  24. ^ Кён Нам Чо, Кён Сик У, Сангхон И, Дон Юн Ян, Хён Су Лим, Юнджин Ван, Хай Ченг и Р. Лоуренс Эдвардс (30 марта 2014 г.). «Межполушарные гидрологические колебания средних широт за последние 550 000 лет». Природа. 508 (7496): 378–382. Bibcode:2014Натура.508..378J. Дои:10.1038 / природа13076. PMID  24695222. S2CID  2096406.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  25. ^ «Термодинамика: Альбедо». NSIDC.
  26. ^ «Арктическое усиление». НАСА. 2013.
  27. ^ Фишетти, Марк (2017). «Арктика сходит с ума». Scientific American.
  28. ^ а б Francis, J. A .; Ваврус, С. Дж. (2012). «Доказательства связи усиления Арктики с экстремальными погодными условиями в средних широтах». Письма о геофизических исследованиях. 39 (6): L06801. Bibcode:2012GeoRL..39.6801F. Дои:10.1029 / 2012GL051000.
  29. ^ Петухов Владимир; Семенов, Владимир Александрович (ноябрь 2010 г.). «Связь между сокращением ледникового покрова Баренцева-Карского моря и экстремальными зимними холодами над северными континентами» (PDF). Журнал геофизических исследований: атмосферы. 115 (21): D21111. Bibcode:2010JGRD..11521111P. Дои:10.1029 / 2009JD013568.
  30. ^ Screen, JA (ноябрь 2013 г.). «Влияние арктического морского льда на летние осадки в Европе». Письма об экологических исследованиях. 8 (4): 044015. Bibcode:2013ERL ..... 8d4015S. Дои:10.1088/1748-9326/8/4/044015.
  31. ^ Цюхун Тан; Сюэцзюнь Чжан; Фрэнсис, Дж. А. (Декабрь 2013). «Экстремальная летняя погода в северных средних широтах связана с исчезающей криосферой». Природа Изменение климата. 4 (1): 45–50. Bibcode:2014 НатСС ... 4 ... 45 т. Дои:10.1038 / nclimate2065.
  32. ^ Джеймс Э. Оверленд (8 декабря 2013 г.). «Атмосферная наука: связь на большие расстояния». Природа Изменение климата. 4 (1): 11–12. Bibcode:2014 НатСС ... 4 ... 11O. Дои:10.1038 / nclimate2079.
  33. ^ Манн, Майкл Э .; Рамсторф, Стефан (27 марта 2017 г.). «Влияние антропогенного изменения климата на резонанс планетных волн и экстремальные погодные явления». Научные отчеты. 7: 45242. Bibcode:2017НатСР ... 745242М. Дои:10.1038 / srep45242. ЧВК  5366916. PMID  28345645.
  34. ^ «Экстремальная глобальная погода - это« лицо изменения климата », - считает ведущий ученый». Хранитель. 2018.
  35. ^ Чилек, Петр; Фолланд, Крис К .; Лесинс, Глен; Дубей, Манвендра К .; Ван Муйин (16 июля 2009 г.). «Усиление изменения температуры воздуха в Арктике и Атлантическое многодесятилетнее колебание». Письма о геофизических исследованиях. 36 (14): L14801. Bibcode:2009GeoRL..3614801C. CiteSeerX  10.1.1.178.6926. Дои:10.1029 / 2009GL038777.
  36. ^ Экран, Джеймс А. (15 июня 2014 г.). «Арктическое усиление снижает разброс температур в северных средних и высоких широтах». Природа Изменение климата. 4 (7): 577–582. Bibcode:2014NatCC ... 4..577S. Дои:10.1038 / nclimate2268. HDL:10871/15095.
  37. ^ Харви, К. (14 марта 2016 г.). «Как более чистый воздух может усугубить глобальное потепление». Вашингтон Пост.
  38. ^ Acosta Navarro, J.C .; Варма, В .; Riipinen, I .; Seland, Ø .; Kirkevåg, A .; Struthers, H .; Иверсен, Т .; Hansson, H.-C .; Экман, A.M.L. (2016). «Усиление потепления Арктики за счет прошлых сокращений загрязнения воздуха в Европе». Природа Геонауки. 9 (4): 277–281. Bibcode:2016НатГе ... 9..277A. Дои:10.1038 / ngeo2673.