Как объяснить странную погоду этой весной? Ответ дает новая климатическая модель
Климатологи из Института Альфреда Вегенера и других научных учреждений Германии разработали климатическую модель, которая способна правильно предсказывать волнообразную траекторию струйного течения — мощного воздушного потока, проходящего в с запада на восток в умеренных широтах Северного полушария. Их работа, опубликованная в Nature на прошлой неделе, непосредственно связана с предсказанием аномальных погодных явлений — к примеру, необычной погоды нынешней весны. С середины мая в европейской части России и Восточной Европе стоит небывалая жара, в то время как в Западной Европе весна выдалась очень поздней и холодной. К примеру, на прошедшей неделе температура в Москве и Санкт-Петербурге достигала тридцатиградусных значений, тогда как в Париже термометры едва преодолевали отметку 18 оС.
Струйное течение (джет) пролегает на высоте 10 и более километров, а его скорость может достигать 500 км/ч. Оно участвует в переносе тепла в меридиональном направлении, то есть в случае Европы помогает доносить тепло Гольфстрима дальше на восток. Однако его траектория нередко отклоняется от направления запад — восток: джет искривляется, принимая форму синусоиды. С такими изгибами часто связаны аномальные погодные явления — к примеру, вторжение арктических холодов в низкие широты, как это происходило минувшей зимой в США, или формирование «запирающих антициклонов» в европейской части России, благодаря которым влажные воздушные массы Атлантики не продвигаются на восток, а в Восточной Европе надолго устанавливается сухая и жаркая погода.
Профессор Александр Кислов, заведующий кафедрой метеорологии и климатологии географического факультета МГУ, так объясняет нынешнее необычное распределение тепла и холода над Европой: «Это очень просто. В атмосфере существуют волны (планетарные волны, или «волны Россби»), размер которых составляеет примерно 1000 км. Благодаря им сейчас тепло качается на европейскую территорию России, а холод — на Центральную Европу. Именно с «волнами Россби» связано то, что один год не похож на другой, т. е. межгодовая изменчивость погоды».
Большинство климатологов полагают, что частота аномальных погодных явлений увеличивается в связи с глобальным потеплением. В частности, повышение зимних температур в Арктике не может не оказывать влияния на поведение струйного течения, поскольку именно разница температур в арктических и тропических широтах представляет собой тот самый мотор, который обеспечивает атмосферный джет энергией. Однако до последнего времени оставалось неясным, связано ли поведение «волн Россби» с повышением средних температур Арктики или это всего лишь случайная статистическая изменчивость от года к году. Именно ответ на этот вопрос, возможно, следует из работы немецких климатологов.
В их модели впервые было принято во внимание поведение озонового слоя — части стратосферы с высоким содержанием озона, лежащей на высотах около 20-25 км. «Мы разработали алгоритм машинного обучения, который позволил нам учитывать озоновый слой в качестве интерактивного элемента модели, — говорит автор работы Эрик Романовский. — С помощью этой модели мы теперь можем реалистично воспроизвести наблюдаемые перемены в поведении струйного течения». Согласно модели озоновая химия усиливает эффект нагрева стратосферы в полярных широтах, что оказывает влияние на траекторию и мощность джета.
«Наше исследование показывает, что перемены в поведении джета отчасти вызваны потерей арктического ледяного покрова, — поясняет руководитель исследования профессор Маркус Рекс в пресс-релизе института Альфреда Вегенера. — Если ледяной щит продолжит уменьшаться, мы полагаем, что частота и интенсивность экстремальных погодных явлений в умеренных широтах увеличится. Кроме того, наши результаты подтверждают, что учащение зимних холодных периодов в США, Европе и Азии никоим образом не противоречит глобальному потеплению: напротив, это часть антропогенных климатических перемен».
Следует отметить, что эта работа представляет собой один из первых примеров использования искусственного интеллекта для климатического моделирования. Результатом стало создание модели, более реалистично описывающей наблюдаемые погодные явления. Эти возможности, вероятно, будут более широко использованы в моделировании земного климата, что может привести к разработке более точных прогнозов, а в будущем — к разработке методов климатической инженерии, способных противостоять неблагоприятным для человечества тенденциям в развитии климатической системы.