Законы физики не меняются. Земля.
Когда дело доходит до любой физической науки, мы знаем, что фундаментальные правила, управляющие тем, как работает Вселенная, остаются неизменными во времени. Мы знаем, что эти законы позволяют возникать определенным явлениям, пока соблюдаются определенные физические условия: гравитация и параметры орбиты определяют приливы, солнечные выбросы, а магнитная связь между Землей и Солнцем определяет полярные сияния, границу между ветреной земной атмосферой и поверхностью Земли. теплые воды океана определяют образование и свойства ураганов. Специфика любых условий, существующих в любой момент времени, помогает определить такие вещи, как частота и интенсивность любого такого физического явления.
При любом реалистичном сценарии мы ожидаем увидеть определенное количество вариаций и изменчивости от события к событию, от года к году и от десятилетия к десятилетию с точки зрения того, что происходит на Земле.. Но любые долгосрочные, устойчивые изменения, происходящие с нашей планетой, могут повлиять на общие тенденции и условия, влияющие на эти системы. В связи с недавними разрушениями, вызванными ураганом «Ида», особенно в большей части того же региона, который катастрофически пострадал от урагана «Катрина» еще в 2005 году, пришло время изучить, как работают ураганы и почему мы больше не можем игнорировать последствия глобального потепления как части разговора вокруг них.
Здесь, на Земле, мы довольно хорошо понимаем физическую систему нашей атмосферы. Мы знаем:
- сколько энергии попадает в атмосферу от Солнца,
- сколько - как в среднем, так и при заданном наборе условий - тепла достигает поверхности и сколько отражается обратно в космос,
- сколько тепла улавливается и переизлучается различными точками на поверхности, облачным покровом и атмосферой в целом,
- как наша планета вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси,
- как циркулирует атмосфера в зависимости от широты,
- и какова температура поверхности океана в любой момент времени.
Благодаря приборам наземного, атмосферного и космического базирования у нас есть невероятно точная сеть, которая обеспечивает глобальный охват этих и многих других физических свойств Земли.
Хотя каждый год с июня по ноябрь отмечается сезон атлантических ураганов, пик этого сезона обычно приходится на период с августа по октябрь: когда количество и интенсивность ураганов наиболее часты. В зависимости от того, где в мире они формируются, их можно назвать ураганами, тайфунами или циклонами, но все они представляют собой одно и то же явление, подпадающее под определение тропических циклонов. С физической точки зрения они практически идентичны.
Если вы хотите сделать тропический циклон на Земле, есть несколько абсолютно обязательных ингредиентов. Некоторые из них легко найти, другие немного реже. В частности, вам нужно:
- теплые и глубокие океанские воды, где температура составляет не менее 80°F / 27°C на глубине не менее ~50 метров / 150 футов,
- атмосфера со значительным температурным градиентом, где на больших высотах значительно ниже температура поверхности/уровня моря,
- ветер, который перемещает воздух над океаном в основном в продольном (восток-запад) направлении, но который также проявляет некоторую сдвиговую силу: требуется, чтобы вызвать вращение,
- и воздух со значительным количеством влаги на больших (~ 5 километров / 3 мили) высотах.
Это обычно приводит к летним/осенним ураганам в обоих полушариях, в тропических регионах (где вода самая теплая), смещается на приличное расстояние от экватора (где сила Кориолиса может привести к вращению), вдоль континентальные побережья и цепи островов (близко к достаточно глубоким водам), и только при благоприятных условиях. Нарушение любого из этих условий может привести к тому, что тропическая депрессия утихнет, а не перерастет в продолжительный потенциально опасный шторм.
История начинается недалеко от поверхности Земли: там, наконец, поглощается большая часть падающего на нашу планету солнечного света. Поверхность Земли, будь то на уровне моря или на суше, обычно горячее, чем воздух непосредственно над ней или твердый/жидкий материал непосредственно под ней. Когда вы нагреваете океан, требуется много времени, чтобы тепло распространилось на нижние слои, потому что теплая вода менее плотная и «плавает» поверх более холодных вод под ней. В океане теплые поверхностные воды остаются в нем в течение длительного периода времени из-за простого физического принципа, о котором мы все слышали в то или иное время: повышение температуры.
Но тепло также поднимается в атмосферу, где горячий приземный воздух поднимается вверх, или, точнее, более плотный и холодный воздух опускается вниз, вытесняя горячий воздух у поверхности. Когда холодный воздух опускается, а теплый воздух поднимается вверх, поднимающийся теплый воздух уносит с собой водяной пар в атмосферу. Когда теплый воздух охлаждается, водяной пар внутри него конденсируется в капли жидкости: происходит фазовый переход от газа к жидкости. Точно так же, как акт кипячения воды (превращение ее из жидкости в газ) требует подвода тепла, акт конденсации воды (превращение ее из газа в жидкость) вызывает выделение тепла, которое еще больше нагревает окружающий воздух. Затем этот нагретый воздух поднимается дальше, позволяя теплому влажному воздуху, протекающему над океаном под ним, продолжать подниматься.
В очень короткие сроки вы можете создать густые облака и обширные области, которые чередуют восходящий (теплый) и опускающийся (холодный) воздух.
В океанических регионах примерно от 10° до 30° широты, как к северу, так и к югу от экватора, все эти условия иногда выполняются одновременно. Когда ветер проходит над поверхностью воды, вода испаряется, причем вода испаряется быстрее с каждым градусом выше этого критического порога 80 ° F / 27 ° C. Теплый воздух становится влажным, насыщенным водяным паром, а затем начинает подниматься вверх. Когда этот теплый воздух поднимается вверх, и воздух, и водяной пар охлаждаются, конденсируя пар в облака и заставляя оставшийся воздух нагреваться (и подниматься) дальше. В результате вы получаете густые кучево-дождевые облака, которые образуют: дождевые облака.
В условиях, которые не образуют тропический циклон, это конец пути. Но когда условия для этого благоприятны, этот поднимающийся теплый воздух вызывает нагревание верхних слоев облаков, что впоследствии повышает давление воздуха. Воздух имеет тенденцию перемещаться от высокого давления к низкому давлению, и это может вызвать боковое движение от центра: наружу. Когда воздух больше не находится над теплым восходящим регионом, он может снова опуститься, создавая большую, широкую, «наслоенную» область облаков. Если также присутствует циркуляция, это может привести к вращению. Это вращение помогает ветрам увеличивать скорость, что может привести к тому, что этот поднимающийся и опускающийся воздух, богатый влагой, будет вращаться все быстрее и быстрее.
Этот богатый облаками воздух может затем превратиться в тропическую депрессию, тропический ураган и, в конечном итоге, при достаточной мощности, в полноценный тропический циклон. Ураганы, которые обрушиваются на побережье Атлантического океана и залива Америки, известны как ураганы.
Ураганы являются не только чрезвычайно мощными стихийными бедствиями, но и регулярно разрушительными. Ураган «Ида», как и «Катрина» 2005 года и «Исаак» 2012 года, вероятно, является многомиллиардной катастрофой, которая сопровождалась наводнениями, сильными штормовыми нагонами и даже вызвала временное изменение направления течения реки Миссисипи.
Нет никаких сомнений в том, что естественная изменчивость играет огромную роль в частоте и силе ураганов, происходящих в любой конкретный год. Погодные условия, струйное течение, океанские течения, облачный покров, наличие или отсутствие аэрозолей и многие другие свойства могут повлиять на количество штормов и их силу - как с точки зрения силы при выходе на сушу, так и силы над океаном - каждый один раз. Однако есть изменения, которые мы произвели на планете, в том числе изменения глобальной средней температуры, количества тепла в океанах, средней высоты уровня моря и изменения воздушных и водных течений, среди прочего, которые имеют потенциально может повлиять на тропические циклоны, которые формируются на Земле.
Согласно последнему докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), антропогенные изменения климата повлияли на ураганы несколькими способами, а также несколькими способами что мы ожидаем, что эти изменения повлияют на ураганы, когда мы будем двигаться вперед в течение оставшейся части века. Тем не менее, не каждое утверждение на самом деле подтверждается данными, поэтому стоит просмотреть и выяснить, что ясно говорит наука и почему.
Мы уже знаем, что люди нагрели Землю где-то между 0,8 C (1,4 ° F) и 1,3 ° C (2,3 ° F) с конца 1800-х годов. Тот факт, что уровень моря уже поднялся, говорит нам о том, что затопление прибрежных районов должно было со временем ухудшиться, и на самом деле это произошло. В северо-западном бассейне Тихого океана тропические циклоны в последние годы достигают максимальной интенсивности во все более высоких широтах: изменение, которое нельзя объяснить только естественной изменчивостью. Точно так же доля тропических циклонов, которые достигают по крайней мере категории интенсивности 3 (скорость ветра ~50 м/с или выше), увеличилась за последние четыре десятилетия, что опять-таки не согласуется с ожиданиями, основанными только на естественной изменчивости.
Эти три эффекта - затопление прибрежных районов, миграция от экватора штормов пиковой интенсивности в Тихом океане и доля более интенсивных тропических циклонов - могут со средней степенью достоверности или выше, можно отнести непосредственно к глобальному потеплению.
Однако в глобальном масштабе ураганы не участились; на самом деле это дезинформация о климате, наряду со многими другими, которые повторяются во многих источниках. На самом деле мы не начинали отслеживать весь земной шар, включая океаны, на наличие ураганов и других тропических штормов до 1970-х годов, а это означает, что наши более ранние записи крайне неполны. Было отмечено, что количество штормов в основной зоне атлантических ураганов увеличилось с 1970-х годов, но это не связано с глобальным потеплением. Скорее, два разных исследования показывают, что недавний всплеск вызван аэрозолями, вызванными деятельностью человека и вулканическими воздействиями.
На самом деле, частота тропических штормов в Атлантике, как ожидается, уменьшится в ближайшие десятилетия, поскольку моделирование прогнозирует менее частые, но более сильные штормы по всему миру до конца 21-го века. Мы полностью ожидаем, что тропические циклоны увеличат как среднюю, так и максимальную интенсивность и принесут с собой, в среднем, больше дождя, когда они действительно обрушатся на сушу. Уровень затопления прибрежных районов также будет продолжать расти.
Тем не менее, нет веских убедительных доказательств того, что тропические циклоны становятся более частыми, что они усиливаются быстрее, чем раньше, или что ураганы с большей вероятностью обрушатся на сушу, чем они привыкший. Утверждения об обратном не подтверждаются современными научными данными.
Самое большое изменение, которое несет с собой глобальное потепление, если говорить о ураганах и тропических циклонах, - это то, чего вы ожидаете больше всего: тот факт, что сейчас все теплее, чем раньше. Чем теплее Земля, тем теплее океаны, а это значит, что в больших регионах нашей планеты температура океана находится на пороге 80 °F/27 °C или выше, в том числе в более высоких широтах. Более теплая вода занимает больший объем, поэтому уровень моря выше, а прибрежные наводнения происходят чаще и интенсивнее. Продолжающееся потепление означает, что самые теплые места в океане превысят этот порог в 80 ° F / 27 ° C даже в большей степени, чем раньше. И это повышение температуры приводит к увеличению количества тепла и водяного пара, переносимых в эти тропические циклоны, создающие явления.
Это приводит к большему количеству осадков, связанных с этими штормами, более сильным штормам и скорости ветра, а также к большему количеству последовательных прибрежных наводнений и ущерба в результате: три самых достоверных прогноза относительно глобального потепления и ураганов последнего доклада МГЭИК. По мере того, как температура поверхности моря - то, что климатологи называют SST - , будет продолжать повышаться, они будут способствовать увеличению силы ветра, дождя и паводков, вызванных тропическими циклонами, которые, как ожидается, будут продолжаться в течение столетия, при этом частота ураганов категорий 4 и 5 может увеличиться на ~30% по сравнению с сегодняшним днем.
Всякий раз, когда вы сталкиваетесь с природным явлением, которое влияет на здоровье и безопасность населения Земли, жизненно важно, чтобы мы анализировали его научным и скрупулезным образом. Тот факт, что у нас есть только качественные глобальные данные, касающиеся тропических циклонов, возвращающихся в 1970-х или 1980-х годов-и все же, все еще может сделать еще скромные уверенные выводы-должен помочь всем нам впечатлить, насколько важны эти эффекты. Что касается количества осадков, скорости ветра и воздействия на прибрежные районы, глобальное потепление, вероятно, уже повлияло на тропические штормы, которые мы наблюдали в последние годы, и может серьезно усугубить их последствия в будущем. Более высокие температуры означают более теплый океанский воздух, и это определяет общую интенсивность ураганов, циклонов и тайфунов.
Однако утверждать, что тропические циклоны участились, неверно. Мало того, что это не подтверждается доказательствами, но модельные симуляции продолжают предсказывать, что, поскольку глобальные температуры продолжают расти, общее количество тропических циклонов будет уменьшаться. Хотя ожидается, что интенсивность как типичных, так и экстремальных штормов станет более сильной, в целом их не должно быть так много. Еще многое предстоит узнать и многое еще предстоит изучить, но предотвращение дальнейшего потепления Земли по-прежнему является наиболее важной частью климатических действий, которые необходимо предпринять. Мы можем добраться туда, не преувеличивая и не искажая истину; реальность и так достаточно сурова.
Starts With A Bang написан Итаном Сигелом, доктором философии, автором книг Beyond The Galaxy и Treknology: The Science of Star Trek от Tricorders до Warp Drive.