Согласно результатам нового исследования Колумбийской школы инженерных и прикладных наук (Columbia Engineering), в XXI веке в мире будет увеличиваться количество периодов с более экстремальной засухой, что усугубляется как изменениями климата, так и процессами в атмосфере. Ученые доказывают, что одновременная засуха почвы и засушливость атмосферы в значительной степени обусловлены рядом процессов, происходящих в атмосфере и почве, наличием сильной обратной связью между ними. Существование и нарастание последней еще больше усилит параллельную почвенную засуху и засушливость атмосферы, особенно в более теплом климате.
В то время как в более ранних исследованиях изучалось влияние атмосферных и океанических процессов на экстремальные климатические явления, команда Columbia Engineering сосредоточилась на изучении и моделировании процессов на суше и атмосфере, особенно на анализе параллельных экстремальных явлений, которые могут быть очень разрушительными.
Почвенная засуха, сопровождающаяся очень низкой влажностью почвы, и засушливость атмосферы, с очень высоким дефицитом давления пара, высокой температурой и низкой атмосферной влажностью, являются двумя основными факторами, влияющими на повсеместную гибель растительности и, как следствие, сниженное поглощение углерода. Одновременная засуха почвы и засушливость атмосферы – это период времени, когда влажность почвы чрезвычайно низка, а дефицит давления пара чрезвычайно высок.
«Одновременная почвенная засуха и засушливость атмосферы оказывают существенное влияние на естественную растительность, сельское хозяйство, промышленность и здравоохранение», – говорит Пьер Жентин, адъюнкт-профессор инженерных наук о Земле и окружающей среде, связанный с Институтом Земли. «Дальнейшая интенсификация одновременной засухи в почве и засушливости атмосферы будет иметь катастрофические последствия для экосистем и окажет значительное влияние на все аспекты жизни человека», – передает слова ученого сайт Phys.org.
Для доказательства своих предположений, исследователи объединили наборы данных реанализа и модельных экспериментов для определения основных процессов в атмосфере Земли, приводящих к одновременной засухе почвы и засушливости атмосферы; использовали климатические модели и статистические методы для оценки того, как процессы в атмосфере Земли будут влиять на частоту и интенсивность одновременной засухи почвы и атмосферной засушливости в будущем климате планеты. Задача, с которой они столкнулись, заключалась в том, как изолировать воздействие обратной связи между атмосферой и почвой на одновременную засуху и засушливость. Испытав много разных методов, они обратились к ученым GLACE-CMIP5 (Глобальный эксперимент по сцеплению земной атмосферы – проект взаимного сравнения моделей) из Цюрихского института атмосферных и климатических исследований.
Группа Джентина первой изолировала это явление и была удивлена, что их работа дала такие впечатляющие результаты.
«Большинство групп были сосредоточены на оценке одновременной засухи и волн тепла, но мы находим более сильную связь между засухой и засушливостью, чем между засухой и волнами тепла», – говорит Ша Чжоу, ведущий автор исследования и постдок, работающий с Жентином. «Одновременная засуха и засушливость оказывают более сильное влияние на углеродный цикл, что сделало это ключевым моментом в изучении проблемы».
Команда обнаружила, что обратная связь почвенной засухи с атмосферой в значительной степени ответственна за увеличение частоты и интенсивности засушливости атмосферы. Кроме того, обратная связь влажности почвы и осадков способствует более частым экстремально низким их уровням и влажности почвы в большинстве исследованных регионов. Эти петли обратной связи приводят к высокой вероятности одновременной засухи почвы и чрезвычайной засушливости. Моделирование CMIP5 предполагает, что обратная связь между атмосферой и землей будет в дальнейшем увеличивать частоту и интенсивность одновременной засухи и засушливости в 21-м веке, что может привести к серьезным последствиям для человека и окружающей среды.
Исследование подчеркивает важность изменчивости влажности почвы для обеспечения последовательности процессов и петель обратной связи, влияющих на приземный климат Земли.
Джентин говорит: «Очень важно, чтобы мы лучше количественно оценили представление этих процессов в наших климатических моделях. Точное описание модели как изменчивости влажности почвы, так и связанных с ней обратных связей имеет решающее значение, если мы хотим обеспечить надежное предсказание частоты, продолжительности и интенсивности сложных засушливых явлений, их изменений в более теплом климате. В конечном итоге это поможет нам снизить будущие риски, связанные с данными событиями».
