Длительная жара с высокой влажностью, за которой следует мощная гроза, - это знакомый погодный шаблон в тропиках, но он становится все более распространенным и в регионах средних широт, таких как Средний Запад США. Недавнее исследование двух ученых из Массачусетского технологического института (МИТ) выявило ключевое атмосферное условие, определяющее, насколько жарко, влажно и бурно может стать такой регион: инверсии, при которых слой теплого воздуха оседает над более холодным воздухом.
Инверсии и их влияние на погоду
Инверсии уже были известны как атмосферное одеяло, которое удерживает загрязняющие вещества на уровне земли. Теперь Фунин Ли, постдокторант в департаменте Земли, атмосферы и планетарных наук МИТ, и Талия Тамарин-Бродски, ассистент-профессор в том же департаменте, обнаружили, что они также удерживают тепло и влагу на поверхности. Чем более устойчивой является инверсия, тем больше тепла и влажности может накопиться в регионе, что может привести к более длительным и интенсивным жарким волнам.
Когда инверсия ослабевает, могут возникнуть интенсивные грозы и сильные ливни. В нормальных условиях слои атмосферы становятся холоднее с высотой, и жаркая волна, нагревающая воздух на уровне земли, запускает конвекцию: более теплый и легкий воздух поднимается, что заставляет более холодный воздух опуститься. Когда теплый воздух достигает более холодных высот, он конденсируется в капли, которые падают в виде дождя, часто охлаждая воздух.
Последствия инверсий для регионов средних широт
Ли и Тамарин-Бродски обнаружили, что когда теплый или легкий воздух оседает над более холодным или тяжелым воздухом на уровне земли, для того, чтобы данная «порция» воздуха накопила достаточно энергии, чтобы подняться через слой инверсии, требуется больше тепла и влаги. Верхний предел того, насколько жарко и влажно может стать, зависит от стабильности инверсии. Если «одеяло» теплого воздуха задерживается над регионом в течение длительного времени без перемещения, оно позволяет накопиться больше влаги и тепла, что также делает последующую грозу более интенсивной, когда она наконец происходит.
Инверсии часто образуются ночью, когда поверхности, нагретые днем, излучают тепло в космос, так что воздух, находящийся в контакте с ними, становится холоднее и плотнее, чем воздух выше. Или они могут образоваться, когда мелкий слой морского воздуха перемещается вглубь материка и скользит под более теплым воздухом над сушей. В некоторых случаях, однако, устойчивые инверсии могут образовываться, когда воздух, нагретый над солнечными горами, переносится над низменными регионами. В США, по словам Ли, «Великие равнины и Средний Запад исторически имели много инверсий из-за Скалистых гор».
Влияние глобального потепления
Но глобальное потепление, вероятно, сделает этот эффект более выраженным. «Наш анализ показывает, что восточные и среднезападные регионы США и восточные азиатские регионы могут стать новыми горячими точками для влажной жары», - говорит он.
«По мере того, как климат нагревается, теоретически атмосфера сможет удерживать больше влаги», - говорит Тамарин-Бродски. И поскольку инверсии, вероятно, усилятся, «новые регионы в средних широтах могут испытать влажные жаркие волны, которые будут вызывать стресс, к которому они не привыкли раньше».
Она добавляет: «Наша теория дает понимание предела для влажной жары и сильной конвекции для этих сообществ, которые станут будущими горячими точками для жарких волн и гроз».