Ученые объединили разработанную ранее климатическую модель с новым алгоритмом машинного обучения, созданного под задачи отображения химических процессов, связанных с озоновым слоем. Используя эту модель, авторы исследования могут показать, что волнообразное течение реактивного потока зимой и последующие экстремальные погодные условия — вспышки холодного воздуха в Центральной Европе и Северной Америке — являются прямым результатом изменения климата.
В течение многих лет исследователи климата по всему миру изучали вопрос о том, является ли направление воздушного потока над Cеверным полушарием, наблюдаемого с возрастающей частотой в последние годы, следствием изменения климата или случайным явлением, которое можно приурочить к естественным изменениям в климатической системе.
Термин «реактивный поток» относится к мощной полосе западных ветров над средними широтами, которые перемещают основные погодные системы с запада на восток. Эти ветры обвивают планету на высоте примерно 10 км. Они вызваны разностью температур в тропиках и Арктике и в прошлом часто достигали максимальной скорости до 500 км/час.
Но в наши дни, как подтверждают наблюдения, ветры все больше ослабевают. Они реже дуют по прямому курсу, параллельному экватору; вместо этого они несутся через северное полушарие массивными волнами. Зимой эти волны производят необычные вторжения холодного воздуха из Арктики в средние широты — как, например, экстремальный холод, поразивший Средний Запад США в конце января 2019 года. Летом ослабленный реактивный поток приводит к длительной жаре, как это было в Европе — например, в 2003, 2006, 2015 и 2018 годах.
Подобные фундаментальные связи были известны задолго до исследования ученых из Института Альфреда Вегенера. Но до них исследователям не удавалось реалистично изобразить колеблющийся поток реактивного потока в климатических моделях или продемонстрировать связь между прерывистыми ветрами и глобальным изменением климата. Исследователи атмосферы из Института Вегенера преодолели это препятствие, дополнив свою глобальную климатическую модель инновационным компонентом, связанным с химией озона.
«Мы разработали алгоритм машинного обучения, который позволяет представлять озоновый слой в качестве интерактивного элемента в модели и тем самым отражать взаимодействия между стратосферой и озоновым слоем, — говорит первый автор и исследователь атмосферы Эрик Романовский. — Благодаря новой модельной системе мы теперь можем реально воспроизвести наблюдаемые изменения в струйном потоке».
Согласно выводам команды, отступление морского льда и повышенная активность атмосферных волн создают значительное усиление озонового слоя полярной стратосферы. Низкие полярные температуры заставляют поток двигаться, а повышающиеся температуры в стратосфере приводят к его колебаниям. В свою очередь, ослабление струйного потока в настоящее время распространяется вниз от стратосферы, создавая экстремальные погодные условия, в том числе и в наших широтах.