Globalne modele klimatyczne przewidują, że ocean wokół Antarktydy powinien się ocieplać, ale w rzeczywistości wody te chłodzą przez większość ostatnich czterech dekad.
Rozbieżność między wynikami modelu a obserwowanym chłodzeniem, stwierdzili teraz naukowcy z Uniwersytetu Stanforda, sprowadza się głównie do brakującej wody do stopu i niedocenianych opadów.
„Stwierdziliśmy, że trend chłodzenia Oceanu Południowego jest w rzeczywistości odpowiedzią na globalne ocieplenie, które przyspiesza topienie lodowe i lokalne opady” – powiedział Earle Wilson, adiunkt nauk o systemie Ziemi w Stanford Doerr School of Sustainability i starszy autor badania 27 marca w listach badawczych geofizycznych.
Ponieważ rosnące temperatury topiają warstwę lodową Antarktydy i powodują więcej opadów, górna warstwa Oceanu Południowego staje się mniej słona – a zatem mniej gęsta. To tworzy pokrywkę, która ogranicza wymianę chłodnych wód powierzchniowych o cieplejsze wody poniżej. „Im świeższa warstwa powierzchniowa, tym trudniej jest mieszać ciepłą wodę” – wyjaśnił Wilson.
Ale to odświeżenie nie jest w pełni reprezentowane w najnowocześniejszych modelach klimatycznych-wada, którą naukowcy od dawna uznają za główne źródło niepewności w projekcjach przyszłego wzrostu poziomu morza. „Wpływ lodowatej wody stopnej na krążenie oceaniczne całkowicie brakuje w większości modeli klimatycznych” – powiedział Wilson.
Uzgodnienie globalnych rozbieżności
Niedopasowanie zaobserwowanych i symulowanych temperatur powierzchni morza wokół Antarktydy jest częścią większego wyzwania dla naukowców i rządów, które chcą przygotować się na skutki klimatu. Globalne modele klimatyczne na ogół nie symulują dokładnie chłodzenia zaobserwowanego w ciągu ostatnich 40 lat na Oceanie Południowym i wschodnim Pacyfiku wokół równika ani intensywności ocieplenia obserwowanego w indyjskim i zachodnim Pacyfiku. Istnieje również rozbieżność między symulacjami a obserwowaną częstotliwością warunków pogodowych La Niña, zdefiniowanej przez wschodni Pacyfik niż średnia.
Wydarzenia ocieplenia na Oceanie Południowym w ciągu około ośmiu lat nieco zmniejszyły 40-letni trend chłodzenia. Ale jeśli trendy temperatury powierzchni morza na całym świecie nadal przypominają wzorce, które pojawiły się w ostatnich dziesięcioleciach, zamiast przesuwać się w kierunku wzorców przewidywanych w symulacjach, zmieniłyby to oczekiwania naukowców na krótkoterminowe skutki zmian klimatu. „Nasze wyniki mogą pomóc pogodzić te globalne rozbieżności” – powiedział Wilson.
Oceany na całym świecie pochłonęły ponad jedną czwartą dwutlenku węgla emitowanego przez działalność człowieka i ponad 90% nadmiaru ciepła uwięzionego w naszym systemie klimatycznym przez gaz cieplarniany. „Ocean Południowy jest jednym z głównych miejsc, które się zdarza” – powiedział główny autor badania Zachary Kaufman, postoktorancki uczony w nauce systemu Ziemi.
W rezultacie Ocean Południowy ma duży wpływ na globalny wzrost poziomu morza, pobieranie ciepła oceanu i sekwestrację węgla. Jego temperatury powierzchni wpływają na wzory pogody El Niño i La Niña, które wpływają na opady deszczu tak daleko jak Kalifornia.
Zaskakujące odkrycie
Aby zrozumieć fizyczny mechanizm chłodzenia Oceanu Południowego – i umożliwić bardziej niezawodne projekcje jego przyszłego wpływu na system klimatyczny Ziemi – Wilson i Kaufman postanowili ustalić, ile temperatur powierzchni morza wokół Antarktydy w symulacjach ochłodziło się w odpowiedzi na odświeżenie. „Naiwnie pomyśleliśmy, że nie ma znaczenia, gdzie umieścisz słodką wodę” – powiedział Wilson.
Naukowcy byli zaskoczeni, gdy odkryli, że temperatury powierzchni są znacznie bardziej wrażliwe na strumienie słodkowodnych skoncentrowanych wzdłuż wybrzeża niż te, które rozpryskują się szerzej po oceanie jak deszcz.
„Zastosowanie słodkiej wody w pobliżu marginesu antarktycznego ma większy wpływ na tworzenie lodu morskiego i sezonowy cykl lodu morskiego, który następnie ma wpływ na temperaturę powierzchni morza” – powiedział Wilson. „Był to zaskakujący wynik, w którym chętnie zbadamy w przyszłych pracach”.
Kwantyfikacja wpływu brakującej wody topp
Poprzednie badania miały na celu ilościowo oszacowanie, w jaki sposób antarktyczna woda stopna wpływa na globalny system klimatyczny, dodając pewną ilość słodkiej wody do jednej symulacji modelu klimatycznego, w tym, co naukowcy nazwali eksperymenty „wrzeszcze”. „Otrzymujesz bardzo rozbieżne wyniki, ponieważ ludzie nieco inaczej konfigurują swoje eksperymenty, a modele są nieco inne, i nie jest jasne, czy są to naprawdę porównania jabłek do aplikacji”-wyjaśnił Wilson.
W nowym badaniu naukowcy starali się uniknąć tego problemu, pracując z kolekcją symulacji. Korzystając z nowego zespołu sprzężonych modeli klimatu i oceanów z niedawno wystrzelonej inicjatywy nad wodą słodkowodnymi w południowym Oceanie z Antarktydy (SOFIA), a także starszego zestawu modeli symulujących zmiany gęstości oceanicznej i krążenia, analizowali, ile symulowanych temperatur powierzchni morza zmienił się w odpowiedzi na rzeczywiste wejścia świeżej wody między 1990 a 2021.
„Toczyła się pewna debata na temat tego, czy ta topoda jest wystarczająca w okresie historycznym, aby naprawdę mieć znaczenie” – powiedział Kaufman. „Pokazujemy, że tak”.
Z nową metodą, która obejmuje symulacje z 17 różnych modeli klimatycznych, naukowcy stwierdzili, że brakujący słodką wodę wyjaśnia do 60% niedopasowania w obserwowanych i przewidywanych temperaturach powierzchni oceanu południowego w latach 1990–2021.
„Od pewnego czasu wiemy, że topienie lodowe wpłynie na krążenie oceaniczne w ciągu następnego stulecia i później” – powiedział Wilson. „Nasze wyniki dostarczają nowych dowodów na to, że te trendy w wodach stopowych już zmieniają dynamikę oceanów i być może globalny klimat”.
Dodatkowi współautorzy to Yuchen Li, student studiów fizyki w Stanford School of Humanities and Sciences, Ariaan Purich z Monash University i Rebecca Beadling of Temple University.
Badania zostały wsparte przez Stanford University, dotację z NSF Division of Polar Programs oraz Australian Research Council Special Research Initiative for Scheting Antarkctica's Environmental Future. Li był wspierany przez program zrównoważonego rozwoju, inżynierii i nauki – studiów licencjackich (SESUR) w Stanford Doerr School of Sustainability.