Атмосфера может накапливать влагу в течение длительного времени, создавая эффект физической памяти, - ученые

Однако новое исследование, проведенное Потсдамским институтом исследования воздействия на климат, впервые демонстрирует, что атмосфера может удерживать влагу на протяжении длительного времени, создавая тем самым эффект физической памяти. Это открытие позволяет муссонным системам переключаться между двумя устойчивыми состояниями. Устранение этого хрупкого равновесия может оказать серьезное влияние на миллиарды людей, проживающих в таких странах, как Индия, Индонезия, Бразилия и Китай.

Аня Катценбергер, научный сотрудник PIK и автор исследования, комментирует: «Атмосфера способна запоминать свои предыдущие состояния, сохраняя физическую информацию в виде водяного пара. Это означает, что даже при изменении солнечной радиации атмосфера не всегда реагирует мгновенно. В весенний период водяной пар накапливается в течение нескольких дней и недель, и именно этот запас определяет начало муссонных дождей в начале лета, сохраняя их даже тогда, когда солнечное излучение начинает ослабевать осенью».

Команда исследователей объединила данные наблюдений из Индии, Китая и других муссонных регионов с атмосферным моделированием. Результаты показали, что состояние атмосферы зависит от ее сезонной истории: если дождь уже идет, он сохраняется, а если атмосфера была сухой, то инициировать осадки становится сложно. Обычно весной атмосфера пересыхает и должна «наполниться» водяным паром, чтобы муссон мог начаться. В то время как осенью, после муссона, влажность сохраняется, что продолжает поддерживать осадки даже при уменьшении солнечной радиации.

«Мы называем такое поведение бистабильностью», - добавляет Катценбергер. «При одинаковом уровне солнечной радиации атмосфера может находиться как в сухом, так и в дождливом состоянии, в зависимости от её предыдущего состояния».

Андерс Леверманн, соавтор исследования, отмечает: «Мы давно знаем, что такие системы, как океаны или огромные ледяные щиты, обладают определенной памятью. Но для атмосферы это казалось невозможным. Этот эффект памяти делает муссонные дожди подобными переключателям — они резко меняются от состояния "выключено" к "включено" и наоборот. Важно, что эти изменения происходят не постепенно, а внезапно». Леверманн также подчеркивает, что муссон уникален, так как каждый год пересекает свою критическую точку и возвращается обратно, что может помочь в будущем определить переломные моменты на основе наблюдений и разработать системы раннего предупреждения.

Для изучения механизма, вызывающего такое непостоянное поведение, команда использовала реальные данные и моделирование с помощью высокоразрешающей модели общей циркуляции атмосферы, созданной в Принстонском университете. В идеализированной модели «Планета муссонов» атмосфера была изолирована от более медленных компонентов земной системы, таких как океаны. Моделирование показало, что муссонные дожди могут переключаться между сухим и влажным состоянием без влияния тепловой инерции океана. Ключевым фактором этого поведения является образование прочного столба влаги в атмосфере, который стабилизирует осадки в течение нескольких недель. Центральная точка перелома в этой системе может быть четко определена как порог: «Когда количество водяного пара в атмосфере превышает примерно 35 килограммов на квадратный метр, муссон запускается. Если это значение падает ниже, он отключается. Эта резкая реакция определяет бистабильность», - объясняет Катценбергер.

Если эта динамика будет нарушена, например, из-за загрязнения или глобального потепления, это может привести к серьезным последствиям, - предупреждает Леверманн: «Это окажет драматическое воздействие на миллиарды людей в регионах, таких как Индия, Индонезия, Бразилия и Китай, чье существование зависит от муссонных дождей. Это нарушит не только нашу климатическую систему, но и общество в целом».