Jak stratosfera wpływa na pogodę i klimat
Codzienna pogoda „wydarza się” w troposferze, ale to, co dzieje się w stratosferze — kolejnej warstwie atmosfery ziemskiej — może mieć znaczący wpływ na to, co dzieje się na powierzchni. Ten wpływ, z góry na dół, może utrzymywać się przez kilka tygodni. Konwencjonalne prognozy zwykle obejmują do 10 dni, ale jeśli występuje wpływ stratosfery, można byłoby rozszerzyć zakres prognozy. Naukowcy z finansowanego ze środków UE projektu stratoIMPACT wypełniają luki w wiedzy na temat procesów fizycznych, które stoją za tymi oddziaływaniami. „Wiemy, że stratosfera ma wpływ, ale nie wiemy wystarczająco dużo na temat mechanizmów tego wpływu” — mówi Hilla Afargan-Gerstman, główna badaczka projektu i doktorantka z Instytut nauk o atmosferze i klimacie Politechniki Federalnej w Zurychu. „Nie wiemy również, jak będzie ewoluować pod wpływem zmian klimatu”. Dzięki wsparciu z programu działania „Maria Skłodowska-Curie” Afargan-Gerstman zaczęła od badań zdarzeń nagłego ocieplenia stratosferycznego (SSW). Najbardziej dramatyczne wydarzenia meteorologiczne w stratosferze mają miejsce, gdy temperatury nad Arktyką gwałtownie rosną, powodując osłabienie lub nawet rozbicie wiru polarnego, czyli wielkoskalowej cyrkulacji powietrza nad biegunem północnym.
Kiedy nagłe ocieplenie stratosfery ma znaczenie
Tylko około dwie trzecie zjawisk SSW ma wpływ na pogodę, ale naukowcom trudno jest przewidzieć, które z nich będą go mieć. Poprzez analizę obserwacji i wyniki działania wyidealizowanego modelu klimatycznego Afargan-Gerstman zdołała scharakteryzować trzy czynniki, które sprawiają, że jest to prawdopodobne. Są to: ocieplenie temperatur w dolnej stratosferze, warunki panujące na północnym Atlantyku oraz występowanie anomalii wiatru nad wschodnim Pacyfikiem. „Jeśli w dolnej części stratosfery występują anomalie, występuje większe prawdopodobieństwo wpływu górnej warstwy na dolną. Ważne jest również to, jaka cyrkulacja powietrza dominuje na wschodnim Pacyfiku, aby określić wpływ stratosfery na północny Atlantyk" — zauważa Afargan-Gerstman.
Zbyt pewne prognozy
Drugim krokiem było sprawdzenie dokładności prognoz stworzonych za pomocą numerycznych modeli prognoz pogody w porównaniu z obserwacjami historycznymi. Korzystając z nowego zestawu danych z Europejskiego Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF), badaczka przeanalizowała prognozy z ostatnich 20 lat, przyglądając się wydarzeniom, w których wir polarny był albo wyjątkowo słaby, albo wyjątkowo silny, i śledząc, co dzieje się w każdym przypadku. „Odkryliśmy, że model był nieco zbyt pewny siebie w przewidywaniu zmiany toru burzy po wydarzeniach SSW. Gdy występował silniejszy wir polarny, model radził sobie lepiej” — dodaje Afargan-Gerstman.
Wpływ zmian klimatu
Kolejnym celem badań było sprawdzenie, w jaki sposób zmiany klimatu wpłyną na wzajemne oddziaływanie stratosfery i troposfery oraz jak dobrze odwzorowują to modele klimatyczne. Afargan-Gerstman przeanalizowała je, aby sprawdzić, w jaki sposób przewidują one zmiany w wirze polarnym i jego sprzężeniu z troposferą. Przyjrzała się niepewnościom tych prognoz dla różnych scenariuszy emisji gazów cieplarnianych, publikując wyniki w ramach dokumentu społecznościowego prowadzonego przez naukowców z projektu PolarRES. Afargan-Gerstman stwierdziła, że znaczna część przyszłych zmian w pogodzie powierzchniowej, a dokładniej w położeniu prądu strumieniowego, jest związana ze zmianami w stratosferycznym wirze polarnym. Naukowcy przewidują, że zmiany klimatu spowodują również częstsze występowanie ekstremalnych burz w Europie. „Aby zrozumieć, jak ekstremalne burze będą zachowywać się w przyszłości, musimy również zrozumieć, co je napędza. Mój wkład polega na zwróceniu uwagi społeczności na wpływ stratosfery na tory burz i na niepewność, jaka występuje w obecnych modelach klimatycznych” — podsumowuje Afargan-Gerstman.
Słowa kluczowe
stratoIMPACT, stratosfera, troposfera, wpływ stratosfery, SSW, wir polarny, pogoda, zmiany klimatu, modele klimatyczne, prognozy, ślady burz, ekstremalne burze
