W miarę jak planeta się ociepla, rzeki atmosferyczne, czyli potężne burze, które przetaczają się przez zachodnie wybrzeże, przechodzą transformacyjne zmiany.
Nowe badania pokazują, że burze te będą nasilały się inaczej w południowej Kalifornii niż na północno-zachodnim Pacyfiku, powodując zróżnicowane skutki regionalne, takie jak zwiększone ryzyko powodzi i bardziej intensywne wezbrania sztormowe.
Rzeki atmosferyczne i wpływ klimatu
W miarę dalszego ocieplania się klimatu społeczności na zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych prawdopodobnie odczują znaczące zmiany w zakresie potężnych burz zwanych rzekami atmosferycznymi. Jednak skutki będą się znacznie różnić w zależności od regionu. Południowa Kalifornia doświadczy jednego zestawu zmian, podczas gdy bardziej północne obszary, takie jak Seattle, staną w obliczu zupełnie innej ewolucji burz.
Niedawne badania prowadzone przez naukowców z Narodowego Centrum Badań Atmosferycznych (NSF NCAR) amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki ujawniają, że ocieplenie nasili parowanie oceanów, prowadząc do znacznych zmian w rzekach atmosferycznych w południowej Kalifornii. Natomiast rzeki atmosferyczne położone dalej na północ będą w większym stopniu kształtowane przez rosnące temperatury zarówno w atmosferze, jak i oceanie.
Implikacje w świecie rzeczywistym dla społeczności przybrzeżnych
Chociaż takie odmienne procesy mogą wydawać się tajemnicze, będą miały rzeczywiste konsekwencje dla milionów ludzi. Na przykład do roku 2100 rzeki atmosferyczne uderzające w północno-zachodnie wybrzeże Pacyfiku mogą zwiększyć ryzyko powodzi poprzez tymczasowe podniesienie poziomu wód oceanicznych nawet trzykrotnie bardziej niż obecne burze, jeśli społeczeństwo będzie nadal emitować gazy cieplarniane w wysokim tempie. Mieszkańcy południowej Kalifornii również doświadczą wyższych poziomów wód powodowanych przez sztormy, ale nie w takim stopniu, jak osoby mieszkające dalej na północ.
„W terenie ludzie zobaczą inną reakcję między wybrzeżem południowej Kalifornii a północno-zachodnim Pacyfikiem” – powiedziała Christine Shields, współautorka nowego badania, naukowiec z NSF NCAR. „To nie jest sytuacja uniwersalna. Istnieją regionalne reakcje, które mogą być zupełnie różne.
Badanie, w Komunikacja przyrodnicza Ziemia i Środowisko, został opracowany przez zespół badawczy, w skład którego wchodził współautor, naukowiec z NSF NCAR, Hui Li oraz dodatkowi współautorzy z NSF NCAR, Texas A&M University i Pennsylvania State University. Prace zostały sfinansowane przez Departament Energii USA i NSF.
Rzeki na niebie
Rzeki atmosferyczne to długie i wąskie „rzeki w niebie”, które wiją się z niższych na wyższe szerokości geograficzne, transportując ogromne ilości wody. Najpotężniejsze rzeki atmosferyczne mogą wywoływać ulewne deszcze i powodować rozległe powodzie, zwłaszcza gdy zatrzymują się nad wrażliwymi zlewniami. Ale są także istotną cechą cyklu hydrologicznego Ziemi, często dostarczając niezbędną wilgoć i uzupełniając pokrywy śnieżne.
Wcześniejsze badania wykazały, że zmiana klimatu prawdopodobnie spowoduje, że rzeki atmosferyczne będą większe i silniejsze, co może spowodować większe spustoszenie wśród bezbronnych społeczności. Podobnie jak w przypadku innych rodzajów burz, cieplejszy klimat oznacza, że atmosfera może pomieścić więcej wilgoci, zwiększając w ten sposób ilość opadów wytwarzanych przez burzę.
Spostrzeżenia dotyczące modelowania w wysokiej rozdzielczości
W nowym badaniu Shields, Li i ich współautorzy skupili się na wpływie rzek atmosferycznych Pacyfiku na górną część oceanu. Chcieli uzyskać wgląd w prawdopodobny wpływ przyszłych burz na zmienne oceaniczne, takie jak temperatura i wysokość powierzchni oraz mieszanie się wód na różnych głębokościach. Takie zmienne mają konsekwencje dla rybołówstwa i społeczności przybrzeżnych.
Aby symulować przyszłe rzeki atmosferyczne, zespół badawczy wykorzystał wersję o wysokiej rozdzielczości modelu wspólnotowego systemu klimatycznego opracowanego przez NSF NCAR. Umożliwiło im to uzyskanie niezwykle szczegółowego obrazu procesów atmosferycznych co 25 kilometrów (około 16 mil) i jeszcze bardziej szczegółowego obrazu procesów oceanicznych co 10 kilometrów (6 mil) – symulacja tak doskonała, że mogli odtworzyć poszczególne wiry oceaniczne. Symulacje wymagały dużej ilości obliczeń, a naukowcy uruchomili część z nich na superkomputerze Derecho w Centrum Superkomputerowym NSF NCAR w Wyoming.
Różne skutki wzdłuż wybrzeża
Ku zaskoczeniu naukowców symulacje wykazały, że ocieplający się klimat będzie miał bardzo zróżnicowany wpływ na rzeki atmosferyczne w różnych miejscach zachodniego wybrzeża i potencjalnie w innych regionach na całym świecie.
Obecnie rzeki atmosferyczne napędzane są częściowo przez parowanie wód oceanicznych, co tymczasowo chłodzi atmosferę i popycha burze do przodu. W cieplejszym świecie proces ten zostanie wzmocniony w przypadku pewnego rodzaju rzeki atmosferycznej, znanej jako „Pineapple Express”, która wpada do południowej Kalifornii.
Jednak na rzeki atmosferyczne wpadające do Północnej Kalifornii i północno-zachodniego Pacyfiku zaczną oddziaływać wyższe temperatury zarówno w atmosferze, jak i oceanie. Temperatury te spowodują potężniejsze burze i doprowadzą do dramatycznego wzrostu poziomu morza na kilka dni, gdy rzeka atmosferyczna zbliży się do wybrzeża i dotrze na ląd.
Chociaż potrzebne są dalsze badania, aby poznać przyczynę tych odmiennych skutków, Shields zauważył, że rzeki atmosferyczne podlegają różnym procesom, nawet w obecnym klimacie. Na przykład Pineapple Express porusza się subtropikalnym strumieniem bardzo wilgotnego powietrza z Hawajów do południowej Kalifornii. Natomiast rzeki atmosferyczne na północy są często połączone z mniej wilgotnym strumieniem powietrza polarnego. Są bardziej wietrzne i kręte niż Pineapple Express.
Przygotowanie na bardziej burzliwą przyszłość
Niezależnie od procesów, bezbronne społeczności na zachodnim wybrzeżu mogą spodziewać się, że burze się zmienią i staną się silniejsze.
„Rzeki atmosferyczne przypominają cyklony tropikalne, ponieważ niosą ze sobą potężne wiatry i niosą ogromne ilości wody, która może zniszczyć lokalną infrastrukturę” – stwierdził Shields. „Społeczności muszą zrozumieć, jak zmienią się w przyszłości, aby móc się dostosować i zaplanować”.
Modelowanie pokazało również, że złożone skutki działania rzek atmosferycznych w górnym i dolnym biegu rzeki na górną część oceanu będą ewoluować w miarę ocieplania się klimatu.
„Silne wiatry i opady atmosferyczne związane z rzekami atmosferycznymi mogą znacząco wpłynąć na górną część oceanu, potencjalnie wpływając na dynamikę oceanów i ekosystemy w większej skali przestrzennej i dłuższych niż obecnie skalach czasowych” – powiedział Li. „Ważne jest zrozumienie wpływu rzek atmosferycznych na obecny klimat i tego, jak mogą się one zmienić w przyszłości”.
Odniesienie: „Reakcja górnego oceanu na rzeki atmosferyczne północno-wschodniego Pacyfiku w obliczu zmian klimatycznych”, Christine A. Shields, Hui Li, Frederic S. Castruccio, Dan Fu, Kyle Nardi, Xue Liu i Colin Zarzycki, 19 października 2024 r., Komunikacja Ziemia i środowisko.
DOI: 10.1038/s43247-024-01774-0
