Океанські водовороти можуть пояснити парадокс антарктичного морського льоду: чому його площа не змінилася з 1979 року

Дослідження AWI забезпечує основу для надійних прогнозів наслідків зміни клімату в Антарктиці.

Незважаючи на глобальне потепління і скорочення морського льоду в Арктиці, площа антарктичного морського льоду (в Антарктиді) практично не змінилася з 1979 року. Однак існуючі розрахунки на основі кліматичних моделей вказують на значну втрату морського льоду, що суперечить фактичним спостереженням.

Як показали експерти з Інституту Альфреда Вегенера, океан може послабити потепління навколо Антарктиди і затримати відступ морського льоду. Враховуючи, що багато моделей не здатні точно відобразити цей фактор і роль океанських водоворотів, дослідження, яке було опубліковано в журналі Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-022-28259-y), забезпечує основу для покращеного моделювання та прогнозів майбутнього розвитку Антарктики.

Глобальне потепління швидко прогресує, викликаючи наслідки, які відчуваються в усьому світі.

Наслідки зміни клімату особливо драматичні в Арктиці: з моменту початку супутникових спостережень у 1979 році морський лід значно скоротився перед обличчям підвищення глобальної температури. Згідно з останніми розрахунками, влітку Арктика може залишитися вільною від льоду до 2050 року, а в деякі роки навіть до 2030 року.

Проте на іншому боці планети, в Антарктиді, морський лід, схоже, уникнув тенденції глобального потепління.

З 2010 р. міжрічних коливань стало більше, ніж у попередній період. Однак, якщо не вважати значного негативного відхилення в період з 2016 по 2019 рік, довгостроковий середній льодовий покрив навколо антарктичного континенту залишається стабільним з 1979 року. Таким чином, реальність не відповідає більшості наукових моделей, які показують значну втрату морського льоду за той же період часу.

«Цей так званий парадокс антарктичного морського льоду вже деякий час займає наукове співтовариство», - говорить перший автор Томас Ракоу з Інституту Альфреда Вегенера, Центру полярних і морських досліджень ім. Гельмгольца (AWI).

"Існуючі моделі поки не можуть правильно описати поведінку антарктичного морського льоду; якийсь ключовий елемент, здається, відсутній. Це також пояснює, чому Міжурядова група експертів зі зміни клімату (МГЕІК) дійшла висновку, що рівень достовірності прогнозів майбутнього антарктичного морського льоду на основі моделей низький ".

Навпаки, в Арктиці моделі вже настільки надійні, що МГЕІК приписує їх прогнозам високий рівень достовірності. «Завдяки нашому дослідженню ми тепер забезпечуємо основу, яка може зробити майбутні прогнози для Антарктиди набагато більш надійними».

Під час дослідження команда застосувала кліматичну модель AWI (AWI-CM). На відміну від інших кліматичних моделей, AWI-CM дозволяє моделювати певні ключові регіони, такі як Південний океан, набагато більш докладно - або, іншими словами, з «високою роздільною здатністю». У результаті можна безпосередньо враховувати і процеси перемішування в океані, викликані більш дрібними океанськими водоворотами діаметром від 10 до 20 кілометрів.

"Ми використовували широкий спектр конфігурацій для наших симуляцій. У процесі стало ясно, що тільки моделі з описом Південного океану, що оточує Антарктику, з високою роздільною здатністю призводять до затримки втрати морського льоду, схожої на те, що ми спостерігаємо в реальності ", - говорить Томас Ракоу.

"Коли ми потім розширили модель на майбутнє, навіть при дуже несприятливому сценарії викидів парникових газів антарктичний морський крижаний покрив залишається значною мірою стабільним до середини століття. Після цього морський лід відступає досить швидко, як це вже відбувається з арктичним морським льодом протягом десятиліть ".

Таким чином, дослідження AWI пропонує потенційне пояснення того, чому поведінка антарктичного морського льоду не відповідає тенденції глобального потепління.

"Причин парадоксальної стійкості морського крижаного покриву може бути кілька. Обговорюється теорія про те, що додаткова тала вода з Антарктики стабілізує товщу води і, отже, лід, захищаючи холодні поверхневі води від більш теплих глибинних вод. Згідно з іншою теорією, головними винуватцями є західні вітри, що дують навколо Антарктики, які посилюються через зміну клімату. Ці вітри могли б розтягнути лід, як тонке тісто для піци, щоб він покрив велику площу. У цьому сценарії обсяг льоду вже може зменшуватися, а покриті льодом ділянки будуть створювати ілюзію стабільності ", - пояснює Томас Ракоу.

Дослідницькі зусилля AWI тепер зосереджені на океанських водоворотах. Вони можуть зіграти вирішальну роль в ослабленні і, таким чином, затримці наслідків зміни клімату в Південному океані, дозволяючи океану переносити додаткове тепло, отримане з атмосфери, на північ, до екватору.

Це перенесення тепла на північ тісно пов'язане з опрокидною циркуляцією у верхніх шарах океану приблизно на 1000 метрів, яка в Південному океані з одного боку рухається вітром, але також знаходиться під впливом водоворотів. У той час як північна складова циркуляції збільшується через більш сильні західні вітри, спрощені вихори в моделях клімату з низькою роздільною здатністю часто, здається, надмірно компенсують цей фактор південної складової в бік Антарктиди; змодельовані водовороти в моделі з високою роздільною здатністю демонструють більш нейтральну поведінку.

У сукупності в моделі з високою роздільною здатністю можна побачити більш виражену зміну перенесення тепла. В результаті океан, що оточує Антарктиду, прогрівається повільніше, а крижаний покрив довше залишається стійким.

«Наше дослідження підтримує гіпотезу про те, що кліматичні моделі і проекції антарктичного морського льоду будуть набагато більш надійними, як тільки вони зможуть реалістично моделювати океан з високою роздільною здатністю, повний водоворотів», - говорить Томас Ракоу.

«Завдяки постійно зростаючій продуктивності обчислень на суперкомп'ютерах і нових, більш ефективних моделей, кліматичні моделі наступного покоління повинні зробити це завдання рутинним».