14 просмотров

Гостевой пост: Исследование «парадокса влажности» изменения климата

Водяной пар является основой жизни на Земле. Водяной пар не только является парниковым газом, но и является основой для облаков и дождя. Следовательно, он поддерживает растения, леса и нашу способность выращивать пищу.

Недостаток водяного пара в воздухе может влиять на интенсивность и частоту лесных пожаров. Изобилие в сочетании с высокими температурами может вызвать тепловой стресс у людей и животных.

Поэтому крайне важно, чтобы ученые понимали, как влажность — количество водяного пара в воздухе — меняется и может измениться по мере повышения глобальной температуры.

В новом наборе данных и сопроводительном документе мы с соавторами изучаем, как разные аспекты влажности меняются по-разному в мировом океане.

Что такое влажность?

Проще говоря, влажность — это мера того, сколько воды взвешено в воздухе. Однако его можно классифицировать более чем одним способом, при этом ученые-климатологи и метеорологи обычно используют два основных определения.

Во-первых, это удельная влажность. Также известное как «влагосодержание», это мера того, сколько водяного пара содержится по отношению к общей массе водяного пара и воздуха вместе взятых. Измеряется в граммах водяного пара на килограмм влажного воздуха.

Второе – относительная влажность. Это мера, выраженная в процентах, того, насколько «насыщен» воздух. Другими словами, сколько водяного пара содержится в воздухе по сравнению с максимальным количеством, которое он может содержать.

Статья в тему:  Как глобальное потепление повлияет на фрукт угли

Наблюдения за влажностью по всему миру показывают, что удельная влажность — или количество водяного пара — увеличилась. Однако в то же время относительная влажность — или насыщенность — во многих регионах снизилась.

Парадокс влажности

Основные причины этого очевидного парадокса двояки: Земля нагревается, и более теплый воздух может содержать больше водяного пара.

Атмосфера, земля и океаны нагреваются. Во-первых, это означает, что с поверхности Земли испаряется больше воды. Во-вторых, больше воды может удерживаться в воздухе в виде газа. Как показано на диаграмме ниже, увеличение удельной влажности происходит как над сушей (зеленая линия), так и над океанами (синяя).

Глобальные временные ряды среднегодовой удельной влажности суши океана и среднего глобального значения относительно 1981-2010 гг.

Согласно уравнению Клаузиуса-Клапейрона, воздух обычно может удерживать примерно на 7% больше влаги на каждый 1 градус повышения температуры. Следовательно, чтобы относительная влажность оставалась неизменной при потеплении на 1°С, содержание влаги в воздухе также должно увеличиться на 7%.

Теоретически, если нет ограничивающих факторов, то именно такую ​​скорость роста мы и ожидаем увидеть. Однако в реальном мире есть ограничивающие факторы, поэтому относительная влажность снижается.

За последние несколько десятилетий поверхность суши Земли нагревалась быстрее, чем океаны. Но в то время как океаны содержат неисчерпаемый запас воды для испарения, то же самое не относится к суше.

На самом деле мы знаем, что большая часть водяного пара над сушей на самом деле возникает в результате испарения над океанами. Этот влажный воздух перемещается по земному шару благодаря атмосферной циркуляции, а затем частично течет по земле.

Статья в тему:  Почему люди не хотят верить в существование глобального потепления

Более медленное нагревание океанов означает, что влаги, испарившейся в воздух над океанами, а затем удерживаемой в нем, недостаточно для того, чтобы идти в ногу с повышением температуры над сушей. Это означает, что воздух стал не таким насыщенным, как раньше, и, как показано на приведенной ниже диаграмме, относительная влажность уменьшилась.

Глобальные временные ряды среднегодовой относительной влажности на суше и океане и глобальные средние значения за 1981-2010 гг.

Относительная влажность снижается не везде

В то время как средняя относительная влажность во всем мире снизилась, в некоторых районах, таких как Индия и некоторые высокоширотные регионы, она, по-видимому, повышается.

Также стоит отметить, что могут происходить и другие явления, которые привели к региональным изменениям относительной влажности.

Во-первых, тепло перемещается по земному шару атмосферными ветрами и океанскими течениями, а изменения их характера и силы, в свою очередь, влияют на уровень влажности атмосферы. Во-вторых, мы знаем, что увеличение содержания углекислого газа (CO2) в атмосфере, а также изменения температуры и влажности влияют на то, сколько влаги выделяют растения.

И, в-третьих, со временем произошли серьезные изменения в землепользовании, связанные с вырубкой лесов, урбанизацией и переходом к интенсивному и орошаемому земледелию, что влияет на местные уровни влажности. Например, исследования показывают, что вода, добавляемая во время орошения, может способствовать тепловому стрессу в Индии, даже если локально она снижает температуру.

А влажность океана?

Сосредоточившись на мировых океанах, наблюдения показывают, что, как и ожидалось, удельная влажность воздуха над океанами увеличилась. Это было показано в новом глобальном наборе данных, который мы с коллегами недавно опубликовали в журнале Earth System Science Data.

Статья в тему:  Что находится за пределами вселенной reddit

Интересно, что этот новый набор данных показывает, что относительная влажность действительно уменьшилась во многих регионах океанов. Этого достаточно, чтобы глобальная средняя относительная влажность океана уменьшилась.

Это уменьшение трудно объяснить, учитывая наши нынешние физические представления о влажности и испарении. Например, от климатических моделей ожидается, что относительная влажность океана должна оставаться относительно постоянной или немного увеличиваться.

Однако мы также знаем, что существуют проблемы с качеством данных при наблюдениях за относительной влажностью над океанами, поэтому неопределенность в отношении этой тенденции к снижению велика. Отражают ли данные то, что происходит на самом деле?

В некоторых регионах это снижение согласуется со снижением относительной влажности над близлежащей землей. И данные повторного анализа, которые предоставляют оценки, основанные на комбинации прямых измерений и модели погоды, также показывают снижение в среднем, хотя годовая картина немного отличается. Короче говоря, нам нужно исследовать это дальше.

Более широкие последствия

Изменения влажности оказывают существенное влияние как на глобальном, так и на местном уровне.

Увеличение количества водяного пара на поверхности означает, что больше водяного пара в конечном итоге будет подниматься вверх через атмосферу, где его роль в качестве парникового газа станет важной.

Более высокий уровень влажности воздуха также означает большее количество осадков, особенно в случае сильных дождей. Экстремальные явления, такие как ураганы, уже могут быть разрушительными для общества и окружающей среды, поэтому увеличение количества осадков делает их еще более опасными. Кроме того, более высокая влажность также может повысить риск теплового стресса в очень теплые дни.

Статья в тему:  Что Патрик Мур говорил о глобальном потеплении

Последствия снижения относительной влажности менее очевидны. Уменьшение насыщения повлияет на то, что называется дефицитом давления пара. По сути, это мера того, сколько дополнительного водяного пара может удерживать атмосфера при этой температуре. Когда дефицит давления пара высок, растениям может потребоваться закрыть устьица, чтобы избежать слишком большой потери влаги. В этих сухих условиях лесные пожары могут легче начаться и легче распространяться.

Уменьшение относительной влажности над сушей действительно интересно. Мы не видим такого же снижения в исторических реконструкциях по климатическим моделям, хотя и видим повышение температуры и удельной влажности. Это означает, что будущие воздействия, связанные с насыщением и уровнями водяного пара, являются немного более неопределенными, особенно в тех регионах, где наблюдаются сильные изменения относительной влажности.

Глобальный набор данных

Влажность измерялась десятилетиями с помощью психрометров, хотя электронные датчики, как правило, используются в последнее время. Как и во всех метеорологических наблюдениях, существуют различные источники ошибок и погрешностей, которые необходимо учитывать, чтобы мы могли быть уверены, что рассматриваем климатические сигналы, а не наблюдаемые особенности системы.

В течение последних нескольких лет я руководил разработкой набора данных HadISDH Центра Метеобюро Хэдли о приземной влажности над сушей и океаном.Это результат сотрудничества между Метеорологическим бюро, Национальной физической лабораторией, Мейнутским университетом, Национальными центрами экологической информации NOAA, Отделом климатических исследований Университета Восточной Англии и Национальным океанографическим центром.

Статья в тему:  Сколько активных климатологов верят в глобальное потепление

Набор данных предназначен для изучения крупномасштабных тенденций и изменчивости, оценки достоверности климатических моделей и понимания изменения климата.

Он предоставляет среднемесячные данные с января 1973 года по декабрь 2019 года в глобальной сетке. Набор данных, который будет обновляться каждый январь, содержит семь переменных, включая удельную влажность, относительную влажность и одновременно измеряемую температуру воздуха. Для более подробного ознакомления данные можно загрузить с веб-сайта Метеорологического бюро, и теперь они находятся на панели мониторинга климата Метеорологического бюро.

Набор данных использует наблюдения за температурой и влажностью с кораблей над океанами и метеостанций над сушей. Покрытие земного шара является разумным с 1970-х годов, хотя Южное полушарие плохо покрыто, особенно над океанами.

Однако довольно тревожно то, что количество судов добровольного наблюдения (СДН), от которых мы зависим для проведения прямых измерений, значительно сократилось с пикового значения около 7700 в 1980-х годах до всего 4000 в настоящее время.

Поскольку приземную влажность нельзя легко измерить с помощью спутников или дрейфующих буев, существует реальная угроза нашей дальнейшей способности отслеживать эту очень важную переменную.

Willett, K.M. et al. (2020) Разработка набора данных мониторинга влажности и климата HadISDH.marine, Научные данные о системе Земли, doi:10.5194/essd-12-2853-2020

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x