Когда на прошлой неделе на Средний Запад опустились лютые холода и снег, ряд новостных изданий сообщили о, казалось бы, противоречивой идее: в условиях изменения климата эти кратковременные зимние всплески холодного арктического воздуха могут стать более частыми на континентальной части США.
Эта идея действительно поддерживается некоторыми учеными-атмосферниками, которые говорят, что быстрое потепление Арктики может нарушить как стратосферный полярный вихрь, так и струйное течение, или тропосферный полярный вихрь, главный источник экстремальных холодов прошлой недели. Однако другие исследования не подтвердили эти выводы, и эта тема остается предметом активных дебатов среди ученых. Вот почему мы не можем с уверенностью сказать, приведет ли изменение климата к увеличению количества холодов в США в будущем.
Как потепление Арктики может принести нам холодную погоду
По мере потепления глобальной температуры морской лед на полюсах тает и подвергает океан воздействию солнечного тепла. Поскольку вода поглощает больше тепла, чем лед, это повышает температуру и приводит к еще большей потере льда, что вызывает еще большие скачки температуры и так далее. В результате температура в Арктике растет примерно в два раза быстрее, чем в средних широтах.
Усиливающий эффект уменьшает разницу в температуре между Арктикой и средними широтами. И это изменение температурного градиента может повлиять на полярный вихрь - область холодных ветров, которая образуется каждую зиму в стратосфере высоко над Арктикой. Некоторые ученые предполагают, что это может привести к образованию более слабого полярного вихря, более склонного к смещению на юг и расколам - событиям, которые иногда приводят к холодной погоде в средних широтах США и Европы.
Потепление Арктики может также подтолкнуть струйное течение - полосу ветров, движущихся ближе к земле, в тропосфере, - к югу или привести к тому, что эта особенность станет более волнистой. "Существует достаточно много доказательств [этого], которые накапливались с момента выхода нашей первой работы в 2012 году", - говорит Дженнифер Фрэнсис, старший научный сотрудник Исследовательского центра Вудс-Хоул. "Наука все еще не застыла на месте, но альтернативного объяснения пока нет".
Почему мы до сих пор не уверены
"Если мы видим, что полярный вихрь ослабевает, а морской лед уменьшается, это не значит, что одно вызывает другое", - говорит Уильям Севиур, ученый-атмосферист из Бристольского университета. "Я показал, что если мы проведем моделирование с учетом всего, что мы знаем [об атмосфере], роста CO2 и всего остального, то они с одинаковой вероятностью будут моделировать ослабление [полярного вихря] и его усиление", - говорит Севиур о своем исследовании, опубликованном в 2017 году в журнале Geophysical Research Letters. "Тенденция в вихре не является последовательной".
Севиур говорит, что, хотя есть признаки ослабления полярного вихря, наблюдаемые нами закономерности могут быть объяснены естественной изменчивостью. Имеющиеся у нас данные о нарушениях в работе полярного вихря ограничены и сильно отличаются от десятилетия к десятилетию, добавляет Эми Батлер, ученый-атмосферист из Кооперативного института исследований в области наук об окружающей среде. А относительная редкость смещений полярного вихря означает, что для изучения этих событий мало исторических данных.
"В 1990-х годах почти не было разрушений полярного вихря, а в 2000-х годах они происходили почти каждый год", - говорит Батлер. "Такая десятилетняя изменчивость наблюдается на протяжении всей истории наблюдений, начиная с 1958 года".
В исследовании 2018 года в журнале Atmospheric Chemistry and Physics авторы пришли к выводу, что "в течение 21 века не произойдет статистически значимого изменения частоты [внезапных стратосферных потеплений], независимо от метрики, используемой для идентификации события".
Между тем, джетстрим в будущем может оказаться в состоянии перетягивания каната между Арктикой и тропиками. В то время как потеря морского льда и связанное с этим потепление может подтолкнуть джетстрим и его холодный воздух вниз, в атмосфере над тропиками также может произойти скачок потепления в будущем, и это заставит джетстрим двигаться в противоположном направлении, обратно к полюсу. "Основная неопределенность заключается в том, что мы не знаем точно, насколько сильно потеплеет в этих регионах, поэтому мы не знаем, в какую сторону будет происходить перетягивание каната", - говорит Батлер.
Впереди еще больше поворотов и изгибов
Как ученые приходят к таким разным выводам? Во многом это сводится к крошечным изменениям ветров, температуры и других переменных, которые используются в компьютерных симуляциях. По сути, это эффект бабочки, говорит Севиур. "Поскольку атмосфера - это хаотичная система, крошечное изменение может привести к огромным последствиям".
Даже оценивая одни и те же климатические модели, ученые приходят к разным выводам, утверждает Фрэнсис. В зависимости от периода времени, в течение которого вы усредняете погодные условия, вы можете увидеть или не увидеть, например, кратковременное похолодание.
В целом, данные климатических моделей и методы анализа моделей не показывают четкой тенденции влияния изменения климата на полярный вихрь и струйное течение. Но это не значит, что потепление Арктики не повлияет на погоду в средних широтах - идея, которая, по словам Батлера, "получила более широкое признание в последние годы". Просто "большинство ученых-атмосферников по-прежнему скептически относятся к тому, влияла ли эта связь на климатические модели последнего времени и какое относительное влияние она будет иметь в будущем", - говорит Батлер.
В глобальном масштабе зимы в будущем будут теплее и принесут меньше снега. В одном из последних исследований Колин Зарзицки, ученый-атмосферист из Национального центра атмосферных исследований, обнаружил, что в то время как периодические мощные норд-осты будут происходить примерно с той же частотой в будущем, регулярные "неприятные" снежные бури будут уменьшаться. По словам Зарзицки, еще предстоит выяснить, влияют ли на эти сильные бури в какой-то мере потепление Арктики.
В целом, по словам Севиура, "присяжные еще не определились", чего ожидать от будущих полярных вихрей. И хотя ученые, исследующие эту тему, "не стоят друг за друга горой", он говорит, что "это определенно тема для дебатов". Хотя мы можем ожидать, что зимы будут и дальше теплеть, не стоит пока выбрасывать парку и снегоступы.