Группа ученых, в том числе из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), объединила сталагмиты и моделирование климатических моделей, чтобы выявить связь между муссонными дождями и тропическими циклонами в Австралии.

Эта работа была опубликована 11 января в журнале Science Advances.

Ассоциированный ученый WHOI Кэролайн Умменхофер и студент совместной программы MIT-WHOI Тео Карр стали соавторами исследования вместе с ведущим автором Рон Деннистоном, профессором геологии Корнельского колледжа и адъюнктом WHOI, а также коллегами из Университета штата Айова и Университета Нью-Мексико.

Команда реконструировала изменения муссонных осадков за последние 1 500 лет, используя химический состав сталагмитов из пещеры в австралийских тропиках. Сталагмиты были датированы с помощью небольшого количества содержащихся в них радиоактивных изотопов, а изменения муссонных осадков были определены по изменениям изотопов кислорода в сталагмитах.

Полученная запись оказалась поразительно похожей на ранее опубликованную запись активности тропических циклонов, наблюдавшихся гораздо южнее, в австралийских субтропиках: когда в тропиках выпадало больше осадков от муссонов, в субтропиках выпадало больше осадков от тропических циклонов.

"Сначала это не имело для меня никакого смысла, потому что то, что происходит в тропиках с муссоном, должно отличаться от того, что происходит с циклонами в субтропиках", - сказал Деннистон. "Единственное, что я смог придумать, что могло бы связать эти два явления, это ITCZ".

ITCZ, или Межтропическая зона конвергенции, - это пояс поднимающегося воздуха, который формирует центр муссонных осадков в тропических регионах по всему миру. МТКЗ проходит примерно параллельно экватору и мигрирует туда-сюда между северным и южным полушариями, отслеживая летний нагрев поверхности Земли.

"Мы сравнили пути тропических циклонов в годы, когда ИТЦЗ находилась в более южном положении, с теми годами, когда она располагалась севернее", - добавил Умменхофер. "Мы были поражены тем, насколько отличались как температуры поверхностного слоя океана, так и фактические пути ураганов над Индийским океаном в эти два периода. Более южное положение ITCZ означало более теплую температуру океана и большее количество циклонов вблизи пещеры на северо-западе Австралии - и, следовательно, выход на сушу дальше на юг в Западной Австралии".

"В ITCZ происходит много атмосферных возмущений, и в результате там образуется много тропических циклонов", - продолжает Деннистон. "Мы установили связь между тем, что, хотя ITCZ перемещается в южные полушария в начале австралийского лета в декабре, она не всегда располагается в одном и том же месте.

"Если посмотреть на это в течение сотен и тысяч лет, как мы это сделали, используя записи сталагмитов, то становятся очевидными более масштабные закономерности: в некоторые годы ITCZ остается ближе к экватору, и когда это происходит, в австралийских тропиках выпадает меньше муссонных осадков. В другие годы ИТЦЗ мигрирует гораздо дальше на юг, увеличивая количество муссонных осадков в тропических регионах. Мы задались вопросом, не формируются ли циклоны в те годы, когда ИТЦЗ находится южнее, также южнее, в результате чего большее их количество проходит над субтропиками, принося туда больше осадков".

Чтобы проверить эту гипотезу, команда сотрудничала с экспертами в области изучения ИТЦЗ - доктором Франческо Паусата и его аспирантом Роберто Ингроссо из Университета Квебека. Они изучили климатические данные, основанные как на наблюдениях, так и на моделировании климата за последнее тысячелетие, чтобы определить годы, когда ИТЦЗ Южного полушария располагалась либо особенно далеко на севере, либо на юге. Далее доктор Каролина Умменхофер из Вудсхолского океанографического института сравнила треки тропических циклонов над Австралией за последние годы.

И, наконец, профессор Массачусетского технологического института Керри Эмануэль применил передовое моделирование ураганов к данным наблюдений и климатических моделей, чтобы проверить, как изменения в расположении ITCZ повлияли на осадки тропических циклонов над австралийскими субтропиками.

"Сталагмиты, современные следы циклонов и моделирование климатических моделей прекрасно согласуются", - сказал Деннистон. "Когда ITCZ находилась южнее, тропики получали больше осадков от муссона, а субтропики - больше осадков от тропических циклонов".

"Наше исследование уникально тем, что позволяет продемонстрировать, насколько тесно связаны муссоны и тропические циклоны с МТЦЗ в течение длительных периодов времени. Вся система настолько шумная, что мы не можем разобраться в ней за короткий период (около 40 лет) прямых наблюдений и измерений", - сказал Деннистон.

Однако, объединив записи сталагмитов и моделирование климатических моделей, мы можем увидеть, как все работает в течение гораздо более длительных периодов времени". Выяснилось, что циклоны и муссоны изменялись в тандеме в действительно тонких масштабах".
Что это означает для изменения климата?

"Действительно важный вопрос в климатологии связан с так называемым "расширением тропиков", когда сухой воздух распространяется на более высокие широты через субтропики. Южные районы Австралии, где живет большинство австралийцев и где расположена большая часть их сельскохозяйственных угодий, похоже, особенно подвержены риску усиления засух из-за этого явления", - сказал Деннистон.

"Один из возможных выводов нашей работы заключается в том, что те же сдвиги в климате, которые вызывают засуху в центральной и южной Австралии, могут также привести к более частым дождям, вызванным циклонами". Австралия - страна, чувствительная к засухам, и за последние 120 лет она неоднократно страдала от сильных и продолжительных засух. Поскольку климат этого региона уже находится на грани, дальнейшее высыхание может привести к серьезным проблемам для сельского хозяйства, общества и окружающей среды. Однако более регулярные крупные осадки, выпадающие в результате тропических циклонов, потенциально могут помочь компенсировать некоторые из долгосрочных засух".
 

"Эта работа является иллюстрацией того, что климатическая система состоит из множества взаимосвязанных частей. Изменения температуры океана и атмосферы могут влиять на расположение ITCZ, что в свою очередь влияет на муссонные дожди в австралийских тропиках и дожди, вызванные тропическими циклонами в гораздо более сухих регионах на юге", - сказал Деннистон.

"Наше исследование также демонстрирует возможности сочетания геологических данных о прошлом климате с моделированием климата. Нам действительно необходимо понять все части головоломки, чтобы подготовиться к грядущим изменениям климата, и этот подход - отличный способ сделать это".