Погода - это не климат. Президент не ученый. И физика по-прежнему реальна.
Страна беспрецедентно замерзает, и всему виной глобальное потепление. Звучит безумно? Резкое похолодание, которое Северная Америка переживает к востоку от скалистых гор, с температурами на уровне Арктики, реально, но это только часть истории. В то же время в других частях мира, от Австралии до самой Арктики, наблюдаются рекордно высокие температуры.
Хотя небольшое, но красноречивое меньшинство людей может использовать ошибочную логику «там, где я нахожусь, холодно, поэтому глобальное потепление нереально», даже школьники знают, что погода - это не климат. Но в последние годы эти экстремальные похолодания стали более серьезными из-за сочетания глобального потепления и явления, о котором вы, вероятно, слышали: полярного вихря. Вот наука о том, как это работает, и почему глобальное потепление, как это ни парадоксально, играет важную роль в сегодняшних рекордно низких температурах.
Когда вы думаете о Земле, включая ее погоду, климат и температуру, какая картина возникает у вас в голове?
Лучше всего представить Землю в виде сферы, вращающейся вокруг своей оси, но с двумя дополнительными эффектами: атмосферой и океанами. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, мы ощущаем нагревание днем (под прямыми солнечными лучами) и охлаждение ночью (в темноте), поскольку Земля излучает накопленное тепло в глубины космоса. Когда наше полушарие наклонено к Солнцу, мы переживаем летние месяцы; когда наше полушарие отклоняется от Солнца, мы переживаем зимние месяцы.
Океан хранит огромное количество тепла, а океанские течения переносят это тепло из одного места в другое. Но с точки зрения этих конкретных погодных явлений, которые мы переживаем прямо сейчас, самым важным фактором является атмосфера.
На любой вращающейся планете у вас будет эффект, называемый преобладающими ветрами. Поскольку атмосфера циркулирует по всему миру, планета Земля обычно испытывает три различных типа ветров, обычно приуроченных к трем различным широтным зонам:
- 0° до 30°: где мы получаем пассаты, которые дуют с востока на запад и сходятся на экваторе.
- от 30° до 60°: что дает нам западные ветры, которые дуют с запада на восток и поднимаются вверх к полярному (или вниз к антарктическому) кругу.
- от 60° до 90°: полярные ячейки, которые обычно приурочены к самым высоким широтам на Земле.
Хотя диапазоны широт различаются, это явление характерно для большинства быстро вращающихся планет с атмосферой, включая Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Однако Земля немного особенная.
Из-за тонкости атмосферы Земли, значительного наклона нашей оси, поведения облачного покрова и отражательной способности на полюсах, а также ряда других факторов наша планета имеет чрезвычайно большую разницу температур между экватором и столбы. Эта разница температур минимальна летом, когда в полярных районах почти 24 часа непрерывно светит солнечный свет, и наибольшая зимой, когда почти всегда ночь.
В результате этих резких температурных перепадов существует устойчивая, крупномасштабная зона низкого давления, которая вращается подобно циклону на каждом полюсе: с запада на восток. (Против часовой стрелки на северном полюсе, по часовой стрелке на южном полюсе.) Эти две зоны известны как полярные вихри, и каждая из них начинается на несколько миль выше в атмосфере и простирается далеко в стратосферу.
Под ними обычно находится большая масса холодного, плотного воздуха, окружающего каждый из полюсов. Обычно эти вихри достаточно стабильны, поскольку перепады температуры и давления достаточно велики, чтобы удерживать их на месте в течение всего года.
Когда вихри наиболее сильны, вы получаете единственную ячейку, и воздух чрезвычайно хорошо ограничен. Когда вихри ослабевают, они могут разбиться на две и более ячеек и начать мигрировать от полюсов. Когда они чрезвычайно слабы, они могут фрагментироваться, и часть этого воздуха с низким давлением и низкой температурой может начать взаимодействовать с воздухом с более высоким давлением и более высокой температурой из-за пределов полярных регионов.
Хотя этот термин существует с 1850-х годов, мало кто слышал о полярном вихре до начала этого десятилетия, когда он стал настолько слабым, что мигрировал над континентами Северной Америки и Евразии, вызвав некоторые из самая холодная зимняя погода, которую мы видели в новейшей истории.
Когда вихрь на северном полюсе становится чрезвычайно слабым, зоны высокого давления, обнаруженные в средних широтах Земли (где находятся западные ветры), могут двигаться к полюсам, вытесняя холодный воздух. Это заставляет полярный вихрь двигаться дальше на юг. Кроме того, струйный поток изгибается и отклоняется в сторону более густонаселенных южных широт. Когда холодный сухой воздух с полюсов соприкасается с теплым влажным воздухом средних широт, происходит резкое изменение погоды, которое мы обычно называем резким похолоданием.
Погода, которую мы наблюдаем на большей части северного полушария, обусловлена именно этим явлением, происходящим прямо сейчас.
Но в чем виновато глобальное потепление?
Ответ прост: потому что явление, вызывающее разрушение полярного вихря, известно как внезапное стратосферное потепление, когда температура верхних слоев атмосферы повышается примерно на 30-50 °C (54 -90 °F) всего за несколько дней. Тот факт, что там, где они находятся, в северном полушарии есть массивы суши, означает, что по мере повышения температуры этих земель они переносят свое тепло в еще более северные широты.
Точные детали того, как это работает, сложны, но объяснение простое: более высокие температуры земли, особенно в северной части Северной Америки и северной Евразии, позволяют переносить больше тепла в арктическую стратосферу. Более теплая Земля делает внезапные явления потепления в стратосфере более вероятными и частыми. И эти события дестабилизируют полярный вихрь, приносят холодный воздух в средние широты и вызывают экстремальные погодные условия, которые мы наблюдаем прямо сейчас.
По мере того, как Земля продолжает нагреваться, в этих критических регионах будет уменьшаться снежный покров и меньше морского льда, что изменяет градиенты давления и температуры в регионах на границе полярного вихря. В крайних случаях полярный вихрь в результате ослабевает или схлопывается. Миграция струйного течения является одним из первых признаков, и в последние годы оно стало слишком частым явлением.
Чрезвычайное резкое похолодание, которое мы пережили в 2014 году, не было разовым событием. Хотя для многих этот шторм был настолько памятным, что кажется, что это было только вчера, мы абсолютно уверены, что такие экстремальные погодные явления станут обычным явлением в ближайшие годы. Климат меняется, и это по-разному влияет на нашу погоду по всему миру.
Возможно, как ни парадоксально, это сильный, чрезвычайно холодный полярный вихрь, который приводит к стабильным теплым температурам в более густонаселенных средних широтах зимой. Это один из последствий изменения климата, который уже наступил, и в лучшем случае потребуются столетия, чтобы обратить его вспять. Сейчас низкие температуры и необычайное похолодание затронуло огромные участки суши в средних широтах северного полушария, но это не будет казаться необычным в течение долгого времени.
По мере того, как Земля продолжает нагреваться, подобные экстремальные погодные явления станут обычным явлением, и многие климатологи предсказывают, что неустойчивый полярный вихрь будет приносить нам подобные штормы несколько раз в десятилетие. Добро пожаловать в новую нормальность благодаря глобальному потеплению, когда Арктика не может оставаться холодной даже в самый разгар зимы.