Цивилизация
Осадки, вызываемые муссонами в сезон дождей в Индии, составляют около 80% всех годовых атмосферных осадков региона. Их снижение, наблюдаемое с начала второй половины XX века, негативно сказывается на сельском хозяйстве и водоснабжении, а значит, и на здоровье населения, и, опосредованно, на экономической и политической ситуации в стране. Неудивительно, что эта тенденция вызывает исключительный интерес у климатологов.
Многие научные группы пытались объяснить снижение обильности муссонных дождей: в качестве причин назывались как естественные цикличные изменения глобального климата за счёт различных факторов, так и антропогенные явления — рост концентрации парниковых газов, искусственные аэрозоли (промышленные и транспортные выбросы сажи, нитратов, сульфатов и других мелкодисперсных твёрдых веществ в атмосферу) и некоторые другие. Исследователи из Университета Пердью, к примеру, предложили совершенно экзотическое объяснение: они считают, что охлаждение воздуха за счёт испарения влаги, распространяемой сельскохозяйственными ирригационными системами, мешает образованию муссонных облаков.
Поиски истинной причины
Команда климатологов из Принстона под руководством доктора Массимо Болласина решила разобраться, какой именно фактор несёт основную ответственность за снижение количества муссонных осадков, с помощью основного инструмента современных метеорологов и климатологов — компьютерного моделирования. Результаты работы группы опубликованы в онлайн-версии журнала Science.
Болласина не первый год изучает климат Южной Азии, в частности изменение поведения муссонов. Неудивительно, что он после защиты диссертации, получив позицию по программе Наук об атмосфере и океанах в Принстонском университете, начал работать совместно с лабораторией геофизической гидродинамики Национального управления океанических и атмосферных исследований, расположенной в одном из кампусов знаменитого университета. Эта лаборатория прославилась созданием первой глобальной виртуальной климатической модели. А современная разработка лаборатории — климатическая модель GDFL от Geophysical Fluid Dynamics Laboratory — на данный момент считается одной из лучших в мире.
Погода в компьютере
Эта совмещённая атмосферно-океаническая глобальная климатическая модель имеет довольно высокое разрешение — в горизонтальном направлении около 200 км, а в вертикальном от 70 м в нижних слоях атмосферы до 1 км в тропосфере. Океан и атмосфера симулируются послойно и составляются из полусотни слоёв. Модель позволяет учитывать огромное количество физических и химических процессов, например взаимодействие твёрдых аэрозолей с водяными облаками, что было немаловажно в работе Болласины. До недавнего времени в распоряжении лаборатории имелся собственный суперкомпьютер, но теперь все расчёты по своим проектам GDFL производит на более чем 30000-ядерном массивно-параллельном кластере Cray Оук-Риджской лаборатории.
Для построения модели, пригодной для достоверных расчетов, учёные использовали исторические метеорологические данные за последние 800 лет. Затем, начиная с 1860 года, исследователи меняли вклад различных факторов, сопоставляя их с ежегодными записями о состоянии климата и количестве осадков. В зависимости от доли вклада какой-либо движущей силы в изменение поведения муссонов исследователи разделили свои эксперименты на три группы: в первой учтено комплексное воздействие всех факторов, во второй — основное воздействие парниковых газов и озона, а в третьей — решающий вклад аэрозолей.
Первый эксперимент дал результат, хорошо согласующийся с метеорологическими записями в глобальном масштабе.
Однако локальное уменьшение количества осадков в сезон дождей в Индии в последние десятилетия воспроизвёл лишь «аэрозольный» эксперимент. Причём это удалось лишь за счёт дополнения естественных аэрозолей (вулканического пепла, дыма лесных пожаров, пыли и морской соли) искусственными, которые образуются при сжигании ископаемого топлива и других биоорганических материалов.
«Обезвоживание центральной и северной Индии с высокой вероятностью имеет антропогенное происхождение, так как эффект, оказываемый комплексом естественных факторов, слишком слаб, чтобы воспроизвести наблюдаемую картину», — пишут учёные.
По данным отделения климатических исследований Университета Восточной Англии (ведущего мирового центра исследования изменений климата), ежегодное количество осадков в Индии с 1950-х годов падает почти на 1 мм в год. Эта значительная цифра статистически с большим трудом может быть объяснена лишь естественными «случайными» флуктуациями.
Аэрозольный зонт
Объяснить полученные данные учёные попытались, вспомнив о динамической природе муссонов. Эти мощные сезонные потоки являются важной частью глобальной системы циркуляции воздушных масс: они компенсируют градиент давления над Северным и Южным полушариями нашей планеты.
За счёт того что в Северном полушарии доля суши значительно выше, чем в Южном, нагреваются они по-разному.
Аэрозольная взвесь «затеняет» северные континенты, уменьшая энергетический и барический дисбаланс, в результате чего муссоны ослабевают. А значит, и осадков, которые они с собою приносят с поверхности океана, до континента доходит меньше.
Интересен и другой результат исследования. В том варианте модельного эксперимента, который подразумевал бóльший вклад парниковых газов и озона, учёные наблюдали прямо противоположные следствия – увеличение количества муссонных осадков. Из чего Болласина и его коллеги сделали вывод, что «антропогенные аэрозоли существенно маскируют увеличение количества муссонных осадков, которое непременно должно было случиться в ответ на увеличение концентрации парниковых газов».
Контроль над выбросами аэрозолей, полагают учёные, в будущем может помочь в сдерживании изменений климата, связанных с парниковым эффектом.