Океанские водовороты могут объяснить парадокс антарктического морского льда: почему его площадь не изменилась с 1979 года

Исследование AWI обеспечивает основу для надежных прогнозов последствий изменения климата в Антарктике.

Несмотря на глобальное потепление и сокращение морского льда в Арктике, площадь антарктического морского льда (в Антарктиде) практически не изменилась с 1979 года. Однако существующие расчеты на основе климатических моделей указывают на значительную потерю морского льда, что противоречит фактическим наблюдениям.

Как показали эксперты из Института Альфреда Вегенера, океан может ослабить потепление вокруг Антарктиды и задержать отступление морского льда. Учитывая, что многие модели не способны точно отразить этот фактор и роль океанских водоворотов, исследование, которое было опубликовано в журнале Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-022-28259-y), обеспечивает основу для улучшенного моделирования и прогнозов будущего развития Антарктики.

Глобальное потепление быстро прогрессирует, вызывая последствия, которые ощущаются во всем мире.

Последствия изменения климата особенно драматичны в Арктике: с момента начала спутниковых наблюдений в 1979 году морской лед значительно сократился перед лицом повышения глобальной температуры. Согласно последним расчетам, летом Арктика может остаться свободной ото льда до 2050 года, а в некоторые годы даже до 2030 года.

Тем не менее, на другой стороне планеты, в Антарктиде, морской лед, похоже, избежал тенденции глобального потепления.

С 2010 г. межгодовых колебаний стало больше, чем в предыдущий период. Однако, если не считать значительного отрицательного отклонения в период с 2016 по 2019 год, долгосрочный средний ледовый покров вокруг антарктического континента остается стабильным с 1979 года. Таким образом, наблюдаемая реальность не соответствует большинству научных моделей, которые показывают значительную потерю морского льда за тот же период времени.

«Этот так называемый парадокс антарктического морского льда уже некоторое время занимает научное сообщество», — говорит первый автор Томас Ракоу из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований им. Гельмгольца (AWI).

«Существующие модели пока не могут правильно описать поведение антарктического морского льда; какой-то ключевой элемент, кажется, отсутствует. Это также объясняет, почему Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) пришла к выводу, что уровень достоверности прогнозов будущего антарктического морского льда на основе моделей низок».

Напротив, в Арктике модели уже настолько надежны, что МГЭИК приписывает их прогнозам высокий уровень достоверности. «Благодаря нашему исследованию мы теперь обеспечиваем основу, которая может сделать будущие прогнозы для Антарктиды гораздо более надежными».

В ходе исследования команда применила климатическую модель AWI (AWI-CM). В отличие от других климатических моделей, AWI-CM позволяет моделировать определенные ключевые регионы, такие как Южный океан, гораздо более подробно — или, другими словами, с «высоким разрешением». В результате можно непосредственно учитывать и процессы перемешивания в океане, вызываемые более мелкими океанскими водоворотами диаметром от 10 до 20 километров.

«Мы использовали широкий спектр конфигураций для наших симуляций. В процессе стало ясно, что только модели с описанием Южного океана, окружающего Антарктику, с высоким разрешением приводят к задержке потери морского льда, похожей на то, что мы наблюдаем в реальности», — говорит Томас Ракоу.

«Когда мы затем расширили модель на будущее, даже при очень неблагоприятном сценарии выбросов парниковых газов антарктический морской ледяной покров остается в значительной степени стабильным до середины века. После этого морской лед отступает довольно быстро, как это уже происходит с арктическим морским льдом на протяжении десятилетий».

Таким образом, исследование AWI предлагает потенциальное объяснение того, почему поведение антарктического морского льда не соответствует тенденции глобального потепления.

«Причин парадоксальной устойчивости морского ледяного покрова может быть несколько. Обсуждается теория о том, что дополнительная талая вода из Антарктики стабилизирует толщу воды и, следовательно, лед, защищая холодные поверхностные воды от более теплых глубинных вод. Согласно другой теории, главными виновниками являются западные ветры, дующие вокруг Антарктики, которые усиливаются из-за изменения климата. Эти ветры могли бы растянуть лед, как тонкое тесто для пиццы, чтобы он покрыл большую площадь. В этом сценарии объем льда уже может уменьшаться, а покрытые льдом участки будут создавать иллюзию стабильности», — объясняет Томас Ракоу.

Исследовательские усилия AWI теперь сосредоточены на океанских водоворотах. Они могут сыграть решающую роль в ослаблении и, таким образом, задержке последствий изменения климата в Южном океане, позволяя океану переносить дополнительное тепло, полученное из атмосферы, на север, к экватору.

Этот перенос тепла на север тесно связан с лежащей в основе опрокидывающей циркуляцией в верхних слоях океана примерно на 1000 метров, которая в Южном океане с одной стороны движима ветром, но также находится под влиянием водоворотов. В то время как северная составляющая циркуляции увеличивается из-за более сильных западных ветров, упрощенные вихри в моделях климата с низким разрешением часто, кажется, чрезмерно компенсируют этот фактор южной составляющей в сторону Антарктиды; смоделированные водовороты в модели с высоким разрешением демонстрируют более нейтральное поведение.

В совокупности в модели с высоким разрешением можно увидеть более выраженное изменение переноса тепла. В результате океан, окружающий Антарктиду, прогревается медленнее, а ледяной покров дольше остается устойчивым.

«Наше исследование поддерживает гипотезу о том, что климатические модели и проекции антарктического морского льда будут гораздо более надежными, как только они смогут реалистично моделировать океан с высоким разрешением, полный водоворотов», — говорит Томас Ракоу.

«Благодаря постоянно растущей производительности вычислений на суперкомпьютерах и новых, более эффективных моделей, климатические модели следующего поколения должны сделать эту задачу рутинной».