Badanie Julii Windmiller sugeruje, że zastój jest spowodowany opadaniem, a nie unoszeniem się powietrza, obalaniem wieloletnich teorii i prawdopodobnie udoskonalaniem modeli klimatycznych.
W epoce żagli żeglarze płynący z pasatami obok równika obawiali się, że zostaną uwięzieni w zastoju, meteorologicznie odrębnym regionie w głębokich tropikach, znanym z niskiej prędkości wiatru. Przez ponad sto lat naukowcy wierzyli, że brak wiatru podczas zastoju jest spowodowany zbiegającymi się i unoszącymi się masami powietrza. Jednak nowe badanie opublikowane w czasopiśmie AGU Listy z badań geofizycznych sugeruje, że może być odwrotnie.
„Pomysł na to, co powoduje zastój, wziął się z czasów, gdy nie wiedzieliśmy zbyt wiele o tym, jak faktycznie porusza się powietrze w tropikach” – powiedziała Julia Windmiller, badacz atmosfery w Instytucie Meteorologii Maxa Plancka i autorka badania. „Zapomnieliśmy o zastoju do tego stopnia, że nikt nie zadał sobie trudu ponownego przemyślenia tego pierwotnego argumentu”.
Wręcz przeciwnie, Windmiller proponuje, aby niskie prędkości wiatru podczas zastoju były tworzone przez duże obszary opadającego powietrza, które rozchodzą się na powierzchni, tworząc czyste i bezwietrzne dni. Jej wyjaśnienie podważa konwencjonalne wyjaśnienie tropikalnego, oceanicznego zjawiska, które uwięziło żeglarzy, zainspirowało poetów i w dużej mierze wymknęło się z literatury naukowej.
Kontekst historyczny i nowe spostrzeżenia
Tradycyjnie obszary o słabym lub zerowym wietrze wokół równika wyjaśniano zbiegającymi się i rosnącymi masami powietrza. Chociaż te masy powietrza tworzą na powierzchni obszary o niskim ciśnieniu i wolnym wietrze, pomysł ten może wyjaśnić rozległe obszary słabych wiatrów jedynie wtedy, gdy wiele obszarów zbieżności zostanie uśrednionych razem w ciągu dni lub tygodni. W krótszych ramach czasowych zbiegające się masy powietrza nie pokrywają wystarczającego obszaru, aby utworzyć duże, bezwietrzne obszary, które mogą utrzymywać się przez kilka dni – czyli zastój.
Zastój, znany również jako Międzyzwrotnikowa Strefa Konwergencji, został nazwany przez żeglarzy z początku XIX wieku, którzy utknęli na morzu z powodu napadów słabego wiatru lub jego braku. Termin ten, pierwotnie definiowany jako okres przygnębienia lub depresji, zaczął opisywać czasami burzliwy, a czasem spokojny region równikowy. O obszarze oceanicznym wspomniano nawet w wierszu Samuela Taylora Coleridge’a z 1834 r. „The Rime of the Ancient Mariner”:
Dzień po dniu, dzień po dniu,
Utknęliśmy, ani oddechu, ani ruchu;
Bezczynny jak malowany statek
Na malowanym oceanie.
Międzyzwrotnikową strefę konwergencji zazwyczaj charakteryzuje się jako region zbiegających się pasatów i rosnących mas powietrza w pobliżu równika. Masy powietrza ogrzane przez ciepło równikowe unoszą się w powietrze jak balony, tworzą chmury i wzniecają burze nad równikiem. Następnie opadają z powrotem na głębokość około 30 stopni na północ i południe od równika, kończąc tak zwane krążenie komórek Hadleya. Ten wzór zbieżnego i unoszącego się powietrza w pobliżu równika jest tradycyjnie uznawany za przyczynę zastoju, ponieważ pod wznoszącymi się masami powietrza zwykle tworzą się kieszenie słabych lub zerowych wiatrów.
Rzucanie wyzwanie tradycyjnym poglądom
Jednak niewiele współczesnych badań skupiło się na udowodnieniu pierwotnej przyczyny zastoju. Według Windmillera przyjęte wyjaśnienie zastoju nie mogłoby być całkowicie poprawne, gdyby obszary unoszącego się powietrza nie zostały uśrednione w czasie.
„Następuje fascynująca przerwa w rozumowaniu, ponieważ cyrkulacja powietrza w górę nie sprawdza się w krótkich skalach czasowych i na dużych obszarach, gdzie wieje nieruchomy wiatr” – stwierdził Windmiller. „W pewnym stopniu, ponieważ w przeszłości zapomnieliśmy o zastoju, ten błąd logiczny tak naprawdę nigdy się nie pojawił”.
Windmiller przeanalizował dane meteorologiczne Międzyzwrotnikowej Strefy Konwergencji dla Oceanu Atlantyckiego z lat 2001–2021 oraz dane z boi z lat 1998–2018, aby zdefiniować krawędzie Międzyzwrotnikowej Strefy Konwergencji i zbadać zdarzenia przy niskiej prędkości wiatru w regionie. Zdarzenia o niskiej prędkości wiatru charakteryzują się wiatrem wiejącym wolniej niż trzy metry na sekundę, czyli pięć węzłów, przez co najmniej sześć godzin. Windmiller zbadał dane w wielodniowych, godzinnych i minutowych skalach czasowych oraz wziął pod uwagę ewolucję zdarzeń przy niskiej prędkości wiatru.
Odkryła, że zdarzenia o niskiej prędkości wiatru zbiegły się z bezchmurnymi warunkami pogodowymi, obniżoną temperaturą powietrza i brakiem opadów: warunkami, które wskazują na opadanie mas powietrza rozchodzących się na powierzchni, a nie na wznoszenie się mas powietrza. Windmiller odkrył również, że zjawiska związane z niską prędkością wiatru występują głównie w wewnętrznych regionach międzytropikalnej strefy konwergencji i że w danym momencie występują średnio tylko w około 5% obszaru (ale mogą wystąpić nawet w 21% czasu w wschodni Atlantyk podczas lata na półkuli północnej). Lokalizacje o niskiej prędkości wiatru również różniły się w zależności od pory roku i regionu Oceanu Atlantyckiego.
„Większość powietrza w międzytropikalnej strefie konwergencji w rzeczywistości opada, a nie podnosi się” – powiedział Windmiller. „Nie chodzi tylko o to, że w tym regionie prędkość wiatru jest zazwyczaj niska, ale o to, że na bardzo dużych obszarach wiatr właśnie ucichł”.
Jej pogląd potwierdzają nie tylko dowody naukowe, ale także kolejny werset wiersza Coleridge’a, który słynie z opuszczenia statku na mieliźnie w bezwietrznym i bezdeszczowym regionie pośród zastoju:
Woda, woda, wszędzie,
I wszystkie deski się skurczyły;
Woda, woda, wszędzie,
Ani kropli do picia.
Implikacje i pozostałe pytania
Przez lata Windmiller zadawał innym badaczom zajmującym się atmosferą pytania dotyczące zastoju: co tak naprawdę powoduje, że wiatr czasami zanika wokół równika?
„Zaczęli wyjaśniać tę cyrkulację powietrza w górę, ale gdy to wyjaśniali, często zdawali sobie sprawę, że tak naprawdę nie ma to sensu” – powiedział Windmiller. „Zawsze byłem zaskoczony. To tak podstawowe zjawisko, więc dlaczego nie mielibyśmy mieć na to teorii?”
Niektóre pytania pozostają. Windmiller nie jest pewien, co powoduje opadanie powietrza w dużych obszarach Międzytropikalnej Strefy Konwergencji. Chociaż większość powietrza w tropikach powoli opada, sam ten efekt może nie być na tyle silny, aby spowodować zastój. Inne możliwe przyczyny to duże systemy konwekcyjne, które pozostawiają po sobie prądy zstępujące, lub gradienty wilgotności, które powodują ochładzanie i opadanie lokalnego powietrza – dodała.
I choć jest mało prawdopodobne, aby współcześni marynarze utknęli w zastoju z powodu silników wysokoprężnych, zrozumienie prawdziwej przyczyny zastoju może nadal mieć skutki w dzisiejszych czasach. Nowe modele klimatyczne o wysokiej rozdzielczości mają trudności z symulacją regionów o niskiej prędkości wiatru, więc lepsze zrozumienie zastoju mogłoby poprawić przewidywania modeli dotyczące opadów i wzorców wiatru.
„Nie możemy już wyjaśniać zjawisk związanych z niską prędkością wiatru w sposób, w jaki robiliśmy to wcześniej” – powiedział Windmiller. „Mam nadzieję, że ludzie to zobaczą i przeczytają i zdadzą sobie sprawę, że wyjaśnienie jest naprawdę odwrócone do góry nogami w porównaniu z tym, co mieliśmy”.
Odniesienie: „The Calm and Variable Inner Life of the Atlantic Intertropical Convergence Zone: The Relationship Between the Doldrums and Surface Convergence” JM Windmiller, 27 sierpnia 2024 r., Listy z badań geofizycznych.
DOI: 10.1029/2024GL109460
