Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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 вблизи полюсов, чем в среднем по планете. [1] На планете с атмосферой, которая может ограничивать эмиссию длинноволнового излучения в космос ( парниковый эффект ), температура поверхности будет выше, чем можно было бы предсказать с помощью простого расчета планетарной равновесной температуры . Там, где атмосфера или обширный океан способны переносить тепло к полюсам, на полюсах будет теплее, а в экваториальных регионах - холоднее, чем можно было бы предсказать по их локальному чистому балансу радиации. [2]  

В крайнем случае, планета Венера, как полагают, испытала очень большое увеличение парникового эффекта за время своей жизни [3], настолько, что ее полюса достаточно нагрелись, чтобы сделать температуру ее поверхности фактически изотермической (нет разницы между полюсами и экватором) . [4] [5] На Земле водяной пар и следовые газы обеспечивают меньший парниковый эффект, а атмосфера и обширные океаны обеспечивают эффективный перенос тепла к полюсам. Как изменения палеоклимата, так и недавние изменения глобального потепления продемонстрировали сильное полярное усиление, как описано ниже.

Арктическое усиление - это полярное усиление только Северного полюса Земли ; Усиление Антарктики - это усиление Южного полюса .

История [ править ]

На основе исследования наблюдения , связанное с Арктическим усилением было опубликовано в 1969 г. М. И. Будыко , [6] исследование заключения было резюмировать, «потеря льда моря влияет на арктические температуры через поверхность альбедо обратной связи.» [7] [8] В том же году похожая модель была опубликована Уильямом Д. Селлерсом . [9] Оба исследования привлекли значительное внимание, поскольку они намекнули 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 [ править ]

Усиливающие механизмы [ править ]

Обратные связи, связанные с морским льдом и снежным покровом , широко упоминаются как основная причина недавнего усиления полярных полей на Земле. [12] [13] [14] Однако усиление также наблюдается в модельных мирах без льда и снега. [15] Это, по-видимому, возникает как из-за (возможно, кратковременного) усиления переноса тепла в направлении полюсов, так и, в большей степени, из-за изменений в локальном чистом радиационном балансе (общее уменьшение исходящего излучения приведет к большему относительному увеличению чистого радиационного излучения вблизи полюсов, чем около экватора). [15]

Некоторые примеры обратной связи климатической системы, которые, как считается, способствуют усилению полярного климата в последнее время, включают уменьшение снежного покрова и морского льда , изменения в атмосферной и океанской циркуляции, присутствие антропогенной сажи в арктической среде и увеличение облачности и водяного пара. [13] Большинство исследований связывают изменения морского льда с усилением полярности. [13] Некоторые модели современного климата показывают усиление Арктики без изменений снежного и ледяного покрова. [16] Отдельные процессы, способствующие полярному потеплению, имеют решающее значение для понимания чувствительности климата . [17]

Циркуляция океана [ править ]

Было подсчитано, что 70% мировой энергии ветра переносится в океан и происходит в пределах Антарктического циркумполярного течения (АЦТ). В конце концов, апвеллинг из-за напряжения ветра переносит холодные антарктические воды через поверхностное течение Атлантики , нагревая их над экватором 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 можно отнести к механизму тропически возбужденного арктического потепления (TEAM), когда волны Россби распространяются более полюсно, что приводит к волновой динамике и увеличение нисходящего инфракрасного излучения. [1] [20]

Коэффициент усиления [ править ]

Полярное усиление количественно выражается с помощью коэффициента полярного усиления , обычно определяемого как отношение некоторого изменения полярной температуры к соответствующему изменению более широкой средней температуры:

  ,


где - изменение полярной температуры и - например, соответствующее изменение глобальной средней температуры.  

Общие реализации [21] [22] определяют изменения температуры непосредственно в качестве аномалий в поверхностной температуре воздуха по отношению к недавнему опорному интервалу (обычно 30 лет). Другие использовали соотношение вариаций приземной температуры воздуха в течение длительного интервала. [23]

Фаза усиления [ править ]

Температурные тенденции в Западной Антарктиде (слева) значительно превысили среднемировые; Восточная Антарктида меньше

Замечено, что потепление в Арктике и Антарктике обычно происходит не в фазе из-за орбитального воздействия , что приводит к так называемому полярному эффекту качелей. [24]

Полярное усиление палеоклимата [ править ]

Ледниковые / межледниковые циклы плейстоцена предоставляют обширные палеоклиматические свидетельства полярного усиления как в Арктике, так и в Антарктике. [22] В частности, повышение температуры после последнего максимума ледников 20 000 лет назад дает ясную картину. Промежуточные записи температуры из Арктики ( Гренландия ) и из Антарктики показывают полярные коэффициенты усиления порядка 2,0. [22]

Недавнее усиление Арктики [ править ]

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 арктического льда, включают уменьшение арктического морского льда (открытая вода отражает меньше солнечного света, чем морской лед) и перенос тепла атмосферой от экватора в Арктику. [26]

Дженнифер Фрэнсис сказала Scientific American в 2017 году: «Гораздо больше водяного пара переносится на север за счет больших колебаний струи . Это важно, потому что водяной пар является парниковым газом, таким же, как углекислый газ и метан. Он удерживает тепло в атмосфере. пар также конденсируется в виде капель, которые мы называем облаками, 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 повышение температуры в Арктике и, следовательно, исчезновение криосферы , с экстремальными погодными условиями в средних широтах. [28] [29] [30] [31] В частности, одна из гипотез связывает полярное усиление с экстремальными погодными условиями за счет изменения полярного струйного течения . [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 году и 2018 году идентифицированных сваливания модели волн Россби , в северном полушарии струйного течения, чтобы вызвали почти стационарных экстремальных погодных явлений, таких , как в 2018 году европейской жары , от европейской жары 2003 , 2010 Русская волна тепла , 2010 Пакистан наводнения - эти события связывают с глобальным потеплением , быстрым нагревом Арктики. [33] [34]

Согласно исследованию 2009 года, атлантическое многодесятилетнее колебание (AMO) сильно коррелирует с изменениями температуры в Арктике, предполагая, что термохалинная циркуляция Атлантического океана связана с изменчивостью температуры в Арктике в многодесятилетнем временном масштабе. [35] Исследование, проведенное в 2014 году, пришло к выводу, 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 и 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]

См. Также [ править ]

  • Арктическая дипольная аномалия
  • Арктическое колебание
  • Климат Арктики
  • Jet Stream
  • Полярный вихрь
  • Внезапное стратосферное потепление

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b 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 ... 31L . DOI : 10.1007 / s13143-014-0024-7 . S2CID  20639425 .
  2. ^ Pierrehumbert, RT (2010). Принципы планетарного климата . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521865562.
  3. ^ Кастинг, JF (1988). «Убегающая и влажная парниковая атмосфера и эволюция Земли и Венеры» . Икар . 74 (3): 472–94. Bibcode : 1988Icar ... 74..472K . DOI : 10.1016 / 0019-1035 (88) 90116-9 . PMID 11538226 . 
  4. ^ Уильямс, Дэвид Р. (15 апреля 2005 г.). "Информационный бюллетень Венеры" . НАСА . Проверено 12 октября 2007 .
  5. ^ Лоренц, Ральф Д .; 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 . Проверено 21 августа 2007 .
  6. ^ Будыко М.И. (1969). «Влияние вариаций солнечной радиации на климат Земли». Теллус . 21 (5): 611–9. Bibcode : 1969Скажите ... 21..611B . DOI : 10.3402 / tellusa.v21i5.10109 . S2CID 21745322 . 
  7. ^ Cvijanovic, Ивана; Калдейра, Кен (2015). «Атмосферные воздействия уменьшения содержания СО2 в морском льду вызывают глобальное потепление» (PDF) . Климатическая динамика . 44 (5–6): 1173–86. Bibcode : 2015ClDy ... 44.1173C . DOI : 10.1007 / s00382-015-2489-1 . S2CID 106405448 .  
  8. ^ «Лед в действии: морской лед на Северном полюсе может что-то сказать об изменении климата» . Йельский научный . 2016 г.
  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 . DOI : 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. DOI : 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 . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1975) 032 <0003: TEODTC> 2.0.CO; 2 .
  12. ^ Хансен Дж, Сато М., Ruedy Р. (1997). «Радиационное воздействие и климатическая реакция» . Журнал геофизических исследований: атмосферы . 102 (D6): 6831–64. Bibcode : 1997JGR ... 102.6831H . DOI : 10.1029 / 96jd03436 .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  13. ^ a b c «ДО5 МГЭИК - краткосрочное изменение климата: прогнозы и предсказуемость (глава 11 / стр. 983)» (PDF) . 2013. Cite journal requires |journal= (help)
  14. ^ Pistone, Кристина; Айзенман, Ян ; Раманатан, Вирабхадран (2019). «Радиационное нагревание свободного ото льда Северного Ледовитого океана» . Письма о геофизических исследованиях . 46 (13): 7474–7480. Bibcode : 2019GeoRL..46.7474P . DOI : 10.1029 / 2019GL082914 . S2CID 197572148 . 
  15. ^ a b Алексеев В.А., Ланген П.Л., Бейтс-младший (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 . DOI : 10.1007 / s00382-005-0018-3 . S2CID 129600712 . CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  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 : 2014NatGe ... 7..181P . DOI : 10.1038 / ngeo2071 . S2CID 140616811 . 
  17. ^ Тейлор, Патрик К., Мин Цай, Aixue Ху, Джерри Мил, Уоррен Вашингтон, Гуан J. Zhang (23 сентября 2013). «Разложение вкладов обратной связи в усиление полярного потепления». Журнал климата . 23 (18): 7023–43. Bibcode : 2013JCli ... 26.7023T . DOI : 10,1175 / JCLI D-12-00696.1 . S2CID 86861184 . CS1 maint: uses authors parameter (link)
  18. ^ Пётр Чилька, Крис К. Folland, Глен Lesins и Manvendra К. Дубей (3 февраля 2010). «Биполярные колебания температуры воздуха в Арктике и Антарктике двадцатого века» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 12 (8): 4015–22. Bibcode : 2010GeoRL..37.8703C . DOI : 10.1029 / 2010GL042793 . Архивировано из оригинального (PDF) 20 февраля 2014 года . Проверено 1 мая 2014 года . CS1 maint: uses authors parameter (link)
  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 . DOI : 10.1029 / 2011GL049549 . S2CID 55150106 . CS1 maint: uses authors parameter (link)
  20. ^ Sukyoung Ли (июнь 2012). «Тестирование механизма тропически возбужденного арктического потепления (TEAM) с традиционными явлениями Эль-Ниньо и Ла-Нинья». Журнал климата . 25 (12): 4015–22. Bibcode : 2012JCli ... 25.4015L . DOI : 10,1175 / JCLI D-12-00055.1 . S2CID 91176052 . CS1 maint: uses authors parameter (link)
  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 . DOI : 10.1007 / s00382-005-0081-9 . S2CID 2370836 . CS1 maint: uses authors parameter (link)
  22. ^ a b c Джеймс Хансен, Макико Сато, Гэри Рассел и Пушкер Хареча (сентябрь 2013 г.). « Чувствительность климата, уровень моря и углекислый газ в атмосфере » . Философские труды. Серия A, математические, физические и технические науки . 371 (2001): 20120294. arXiv : 1211.4846 . Bibcode : 2013RSPTA.37120294H . DOI : 10,1098 / rsta.2012.0294 . PMC 3785813 . PMID 24043864 . Архивировано из оригинала на 2013-09-17.  CS1 maint: uses authors parameter (link)
  23. ^ Кобаши, Т., Шинделла, ДТ, Кодер, К., коробка, JE, Nakaegawa, Т., & КАВАМУР, 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 . DOI : 10,5194 / ф-9-583-2013 .CS1 maint: uses authors parameter (link)
  24. ^ Kyoung Нама Джо Кюнг Сик Ву, Sangheon Yi, Dong Yang Yoon, Hyoun Soo Lim, Yongjin Ван Хай Cheng и Р. Лоуренс Эдвардс (30 марта 2014). «Межполушарные гидрологические колебания средних широт за последние 550 000 лет». Природа . 508 (7496): 378–382. Bibcode : 2014Natur.508..378J . DOI : 10,1038 / природа13076 . PMID 24695222 . S2CID 2096406 .  CS1 maint: uses authors parameter (link)
  25. ^ "Термодинамика: Альбедо" . NSIDC .
  26. ^ "Арктическое усиление" . НАСА . 2013.
  27. ^ Fischetti, Марк (2017). «Арктика сходит с ума» . Scientific American .
  28. ^ а б Фрэнсис, JA; Ваврус, SJ (2012). «Доказательства связи арктического усиления с экстремальными погодными условиями в средних широтах» . Письма о геофизических исследованиях . 39 (6): L06801. Bibcode : 2012GeoRL..39.6801F . DOI : 10.1029 / 2012GL051000 .
  29. ^ Петухов Владимир; Семенов, Владимир Александрович (ноябрь 2010 г.). «Связь между уменьшением ледникового покрова Баренцева-Карского моря и экстремальными морозами зимой над северными континентами» (PDF) . Журнал геофизических исследований: атмосферы . 115 (21): D21111. Bibcode : 2010JGRD..11521111P . DOI : 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 . DOI : 10.1088 / 1748-9326 / 8/4/044015 .
  31. ^ Цюхун Тан; Сюэцзюнь Чжан; Фрэнсис, Дж. А. (декабрь 2013 г.). «Экстремальная летняя погода в северных средних широтах связана с исчезающей криосферой». Изменение климата природы . 4 (1): 45–50. Bibcode : 2014NatCC ... 4 ... 45T . DOI : 10.1038 / nclimate2065 .
  32. ↑ Джеймс Э. Оверленд (8 декабря 2013 г.). «Атмосферная наука: связь на большие расстояния». Изменение климата природы . 4 (1): 11–12. Bibcode : 2014NatCC ... 4 ... 11O . DOI : 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 : 2017NatSR ... 745242M . DOI : 10.1038 / srep45242 . PMC 5366916 . PMID 28345645 .  
  34. ^ «Экстремальная глобальная погода -« лицо изменения климата », - говорит ведущий ученый» . Хранитель . 2018.
  35. ^ Chylek, 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 . DOI : 10.1029 / 2009GL038777 . 
  36. ↑ Screen, Джеймс А. (15 июня 2014 г.). «Арктическое усиление снижает разброс температур в северных средних и высоких широтах» . Изменение климата природы . 4 (7): 577–582. Bibcode : 2014NatCC ... 4..577S . DOI : 10.1038 / nclimate2268 . hdl : 10871/15095 .
  37. Перейти ↑ Harvey, C. (14 марта 2016 г.). «Как более чистый воздух может на самом деле усугубить глобальное потепление» . Вашингтон Пост .
  38. ^ Акоста Наварро, JC; Варма, В .; Riipinen, I .; Seland, Ø .; Киркевог, А .; Struthers, H .; Иверсен, Т .; Hansson, H.-C .; Экман, AML (2016). «Усиление потепления Арктики за счет прошлых сокращений загрязнения воздуха в Европе». Природа Геонауки . 9 (4): 277–281. Bibcode : 2016NatGe ... 9..277A . DOI : 10.1038 / ngeo2673 .