Влажность воздуха меняет поведение атмосферных блоков, вызывающих экстремальную погоду

На схеме гребневого блока (a) тёмно-красный купол представляет исходную систему высокого давления без учёта влажности, а светло-красный купол показывает поднятую систему из-за влаги. В дипольном блоке (b) светло-голубой купол указывает на исходную систему низкого давления, а тёмно-голубой — на ослабленную систему из-за влаги. Облака показывают расположение диабатического нагрева, вызванного влагой в двух типах блоков. Автор: предоставлено Лей Ван

Новое исследование Университета Пердью раскрывает, как влажность влияет на атмосферные блоки — явление, которое часто вызывает волны жары, засухи, похолодания и наводнения. Это помогает разгадать загадку в климатологии и улучшить прогнозирование экстремальных погодных условий в будущем.

Исследование под названием «Разнообразие блокировок вызывает различные роли диабатического нагрева в Северном полушарии» опубликовано в журнале Nature Communications.

Чжаою Лю, аспирант кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах, и Лей Ван, доцент кафедры EAPS, участвовали в этой публикации. Лю выступил первым автором исследования и провёл анализ, а Ван был автором-корреспондентом и разработал первоначальную идею исследования.

Атмосферная блокировка происходит, когда застойные воздушные потоки нарушают нормальный погодный поток, часто вызывая продолжительные экстремальные погодные условия. Исследование Вана и Лю оспаривает теории, которым десятилетия, основанные на предположении о сухой атмосфере.

«С начала современной метеорологии (примерно с 1940-х годов) большинство классических теорий атмосферной блокировки разрабатывались исходя из предположения, что мы живём в совершенно сухом мире, — сказал Ван. — Очевидно, это предположение помогло упростить процессы до их сути, но полностью сухое предположение не соответствует реальной атмосфере».

Атмосферная блокировка бывает двух основных форм: гребневые блоки, которые создают большие «пузыри» высокого давления, отталкивая струйное течение на север и часто приводя к волнам жары, и дипольные блоки, которые объединяют высокое и низкое давление бок о бок, удерживая контрастные погодные условия на месте. Диабатический нагрев относится к нагреву или охлаждению воздуха из-за обмена теплом с окружающей средой.

Их исследование представляет новый механизм, показывающий, что диабатический нагрев, вызванный влагой, усиливает гребневые блоки, но ослабляет дипольные блоки.

«Мы обнаружили, что, хотя диабатический нагрев, вызванный влагой, способствует сохранению гребневых блоков, он оказывает удивительное демпфирующее действие, значительно ослабляя амплитуду дипольных блоков», — объяснил Ван.

Это открытие разрешает давнюю загадку о том, почему некоторые климатические модели предсказывают меньше блокирующих событий в условиях потепления климата. Чтобы объяснить новые результаты о демпфирующем эффекте дипольных блоков, они предложили физическую интерпретацию с использованием уравнения тенденции геопотенциальной высоты — фундаментальной концепции наук о Земле и атмосфере.

Ван сравнивает атмосферную блокировку с пробкой на шоссе.

«Не учитывая влажность, да, блоки могут происходить, — сказал Ван. — Однако роль влажности подобна состоянию дороги в момент пробки. Иногда, если блоки имеют разную форму (например, впадины или диполя), они могут оказывать влияние, уменьшая силу блоков».

Это открытие может улучшить прогнозы экстремальных погодных явлений от субсезонных до сезонных, которые печально известны своей сложностью для прогнозирования.

«Блокирующие события обычно приводят к экстремальным погодным явлениям, таким как волны жары, похолодания или засухи, — сказал Ван. — Распознавание и раскрытие этих различных ролей диабатического нагрева для различных типов блоков поможет нам лучше предсказывать эволюцию блокирующих событий».

Группа Вана изучает крупномасштабную атмосферную динамику на Земле и других планетах, уделяя особое внимание блокировкам и экстремальным погодным условиям. Субсезонная и сезонная изменчивость создаёт прогностический разрыв для этих событий, которые трудно предсказать. Цель — улучшить понимание и прогнозирование этих сложных экстремальных явлений.

Исследование, полностью проведённое в Пердью, опиралось на высокопроизводительные вычислительные ресурсы Центра передовых вычислений Розена для хранения данных, анализа и численного моделирования. Ван также связан с Институтом устойчивого будущего Пердью и был со-руководителем исследовательского сообщества по погоде и климату.

Больше информации: Zhaoyu Liu et al, Blocking diversity causes distinct roles of diabatic heating in the Northern Hemisphere, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60811-4

Источник: Purdue University