stringtranslate.com

Механизм Родвелла–Хоскинса

Механизм Родвелла–Хоскинса — это гипотеза, описывающая климатическую телесвязь между индийским/азиатским летним муссоном и климатом Средиземноморья . Она была сформулирована в 1996 году Брайаном Хоскинсом и Марком Дж. Родвеллом [d] . Гипотеза предполагает, что восходящий воздух в муссонном регионе вызывает особенности атмосферной циркуляции, называемые волнами Россби , которые расширяются на запад и взаимодействуют со средними западными ветрами средних широт , в конечном итоге вызывая опускание воздуха. Опускающийся воздух нагревается, а его влажность уменьшается, что приводит к более сухому климату в летние месяцы . Взаимодействие этого атмосферного потока с топографией (например, горами Атлас и Загрос ) еще больше изменяет эффект.

Эта гипотеза была выдвинута для объяснения сухого климата восточного Средиземноморья в летние месяцы, поскольку другие объяснения, связанные с циркуляцией Хэдли, не являются правдоподобными в этот сезон. Вместе с обратными связями морской и земной поверхности она может также объяснить существование пустынь и субтропических антициклонов в других частях мира, а также изменения средиземноморского климата, которые совпадают с изменениями муссона.

Теория

Существование субтропических антициклонов [1] и пустынь в субтропиках раньше приписывалось опусканию воздуха в ячейке Хэдли , что снижает его влажность . Это опускание происходит, когда воздух охлаждается за счет излучения, а потеря энергии уравновешивается адиабатическим нагревом . Отсутствие растительности из-за сухости увеличивает альбедо земли и, таким образом, охлаждение, действуя как положительная обратная связь . [2] [3] Взаимодействие воздуха и моря, в частности подъем холодных вод к востоку от субтропических антициклонов, вызванный их ветрами, и возникающее в результате препятствие конвекции, играет ту же роль над океанами. [4]

Однако ячейка Хэдли слаба в летние месяцы, когда антициклоны все еще существуют [1] [3] , а сухость часто достигает своего пика в пустынях. В 1996 году Марк Дж. Родвелл и Брайан Дж. Хоскинс предположили, что вместо этого реакция типа Гилла на азиатский муссон вызывает реакцию волны Россби на западе, которая вызывает спуск к западу от муссона. [5] Это включает в себя те же процессы, что и теория ячеек Хэдли, но горизонтальная адвекция с востока на запад изменяет энергетический баланс, фокусируя спуск на определенных долготах, [6] в отличие от экваториальных регионов, где горизонтальная адвекция менее важна. [7] Нисходящий воздух не возникает в муссонных регионах, поэтому это не циркуляция Уокера ; скорее, он возникает в западных ветрах средних широт [8] и спускается вдоль атмосферных изэнтроп . В моделировании Родвелла и Хоскинса 1996 года местоположение спуска контролируется орографией к западу от области спуска; [9] нагревание над топографией [10] вызывает антициклонический (по часовой стрелке) поток и, таким образом, движение холодного воздуха на юг к востоку, [9] хотя направление среднего ветра модулирует долготное направление воздействия. [11] Этезианские ветры над Грецией можно интерпретировать как южный поток, связанный с волной Россби. [12] В 2019 году Оссо и др. показали, что связанные реакции температуры поверхности моря важны для индуцирования спуска к западу от восточного Средиземноморья, поскольку в противном случае индийский муссон расположен слишком далеко на юге, чтобы вызвать реакцию волны Россби. [13]

Более поздние исследования показали, что механизм Родвелла-Хоскинса может быть вызван муссонами, отличными от индийского муссона. Например, южноамериканский муссон может вызывать оседание в юго-восточной части Тихого океана [14] и на западном склоне Анд , [15] а северо-тихоокеанский антициклон может быть продуктом североамериканского муссона . Субтропические антициклоны впоследствии усиливаются охлаждением над океанами и обратными связями облаков , [16] и, согласно Миясаке и Накамуре 2005, солнечным (ощутимым) нагреванием сухой суши под областью опускания. [17] Таким образом, механизм Родвелла-Хоскинса может играть роль в большинстве глобальных субтропиков и тропиков, [18] особенно над Средиземноморьем, где субтропические антициклоны менее влиятельны, чем в других средиземноморских климатах . [11] Он может играть меньшую роль в динамике антициклонов Южного полушария, согласно Сигеру и др. 2003, [19] и лишь незначительная роль в усилении северо-тихоокеанского антициклона. [20]

По данным Келли и Мейпса 2013 года, в модели атмосферы сообщества сильный азиатский муссон может распространить механизм Родвелла-Хоскинса на Северную Америку, что приведет к высыханию западной части Атлантического океана. [21] Менее масштабные объекты, такие как пустыня Тар , также могут быть результатом этого механизма. [22]

Доказательство

В июне-августе подъем происходит над Африкой и Азией, с центрами над северной частью Бенгальского залива и экваториальной Африкой. Спуск происходит к западу от азиатского муссона, то есть над пустыней Кызылкум , восточным Средиземноморьем, включая юго-восточную Европу и восточную Сахару, и в восточной части Атлантического океана. [5] Долгота спуска связана с подлежащей орографией гор Загрос и Атлас , [23] а летние осадки незначительны в областях спуска. [9] Механизм Родвелла-Хоскинса, по-видимому, менее важен для Аравийской пустыни , где охлаждение посредством радиации и последующий спуск могут быть ключевым фактором. [24]

Механизм «муссонов-пустынь» был выявлен как в климатических повторных анализах, так и в идеализированных симуляциях и климатических моделях . [25] Другие явления, связанные с механизмом Родвелла-Хоскинса:

Подразумеваемое

Интенсивность механизма Родвелла-Хоскинса является функцией широты муссона; подъем близко к экватору (например, в предмуссонный сезон) не вызывает его эффективно. [4] Согласно Родвеллу и Хоскинсу 2001, африканский муссон, будучи тропическим муссоном, не вызывает существенного эффекта Родвелла-Хоскинса. [29]

Воздух, вынужденный опускаться механизмом Родвелла-Хоскинса, может, в свою очередь, попадать в зоны конвергенции муссонного региона и изменять поведение муссона; это известно как «интерактивный механизм Родвелла-Хоскинса» [30] , и он уменьшает количество осадков в западном секторе муссона, импортируя сухой/низкоэнергетический воздух в муссонный регион. [31] По-видимому, он играет определенную роль в ограничении западного распространения североамериканского муссона , вызывая сухость вдоль западного побережья , [32] а также в ограничении южного распространения южноамериканского муссона. [33]

Эномото 2003 признал, что спуск, вызванный механизмом Родвелла-Хоскинса над Средиземным морем и Аральским морем, совпадает с областью «входа» азиатского струйного течения , и, следовательно, волны Россби могут войти в струйное течение через эти регионы («модель Шелкового пути»). Эномото 2004 предположил, что волны Россби, проходящие через это струйное течение, в конечном итоге накапливаются над Японией и вызывают там образование второго антициклона — процесс, который они назвали «механизмом муссон-пустыня-струйное течение» [34], и который, как они предположили, может вызывать волны тепла в Японии. [35] Эта структура атмосферной циркуляции была также описана другими исследователями. [36] Кроме того, аномалии вихреобразования , возникающие непосредственно из-за оттока муссонов, могут войти в струйное течение как волны Россби. [37]

Ди Капуа и др. 2020 отметили, что Ла-Нинья в Тихом океане усиливает механизм муссонов и пустынь посредством связи с циркуляцией Уокера. [38] Ву и Шоу 2016 предположили, что механизм Родвелла-Хоскинса изменяет потенциальную температуру тропопаузы , смещая самые теплые точки, связанные с муссонами. [39]

Палеоклимат

Сила спуска, вызванного Родвеллом-Хоскинсом, является функцией силы муссона. Таким образом, изменчивость климата, влияющая на интенсивность муссона, может также изменить спуск. [40] Благодаря механизму Родвелла-Хоскинса, развитие Тибетского плато в меловой период и эоцен и его влияние на индийский муссон могли иметь отдаленные последствия для Африки и Средиземноморья, [41] и тот же механизм может быть ответственен за высыхание северо-западной Индии между 11-7 миллионами лет назад. [42] Климатические эффекты механизма Родвелла-Хоскинса могли повлиять на океанический климат во время существования и распада Пангеи в последние 250 миллионов лет. [43]

Когда прецессия (ключевой цикл Миланковича ) и глобальный ледяной покров достигают своих самых низких значений, усиленный индийский муссон может вызвать более интенсивную летнюю засуху над восточным Средиземноморьем, хотя увеличение количества осадков осенью/зимой может свести на нет высыхание. [44] Антикорреляция между более влажными муссонами Северного полушария во время голоцена и более сухими субтропиками также может быть объяснена эффектом Родвелла-Хоскинса, [45] как и высыхание в Омане и на Ближнем Востоке во время средневековой климатической аномалии и раннего голоцена . [46] И наоборот, более влажные субтропики во время плиоцена могут быть связаны с уменьшением количества осадков над восточной частью Индийского океана и Бенгальским заливом. [47]

Изменчивость климата

Явления, связанные с эффектом Родвелла–Хоскинса, включают:

Атмосферные волны, подобные волнам механизма Родвелла-Хоскинса, также обнаруживаются в климатических симуляциях, где муссоны были изменены изменениями растительности, вызванными увеличением содержания углекислого газа в результате деятельности человека [68] или увеличением конденсационного нагрева. [69] Они могут играть роль в изменении европейского климата согласно Douville et al. 2000 [70] и Gregory, Mitchell and Brady 1997, [69] , например, вызывая высыхание в Средиземноморье. [71] Изучая выходные данные некоторых климатических моделей, Cherchi et al. 2016 обнаружили как усиленное падение, так и смещение падение на запад в ответ на увеличение количества муссонных осадков в течение 21-го века. [72]

Альтернативные процессы

Ссылки

  1. ^ ab Rodwell & Hoskins 2001, стр. 3194.
  2. ^ Родвелл и Хоскинс 1996, стр. 1385.
  3. ^ ab Tyrlis, Lelieveld & Steil 2013, стр. 1104–1105.
  4. ^ ab Rodwell & Hoskins 2001, стр. 3196.
  5. ^ ab Rodwell & Hoskins 1996, стр. 1386.
  6. ^ Родвелл и Хоскинс 1996, стр. 1387.
  7. ^ Родвелл и Хоскинс 1996, стр. 1388.
  8. ^ Родвелл и Хоскинс 1996, стр. 1396.
  9. ^ abc Родвелл и Хоскинс 1996, стр. 1399.
  10. ^ ab Tyrlis, Lelieveld & Steil 2013, стр. 1121.
  11. ^ Аб Симпсон и др. 2015, с. 3.
  12. ^ Тирлис, Леливельд и Стейл 2013, стр. 1105.
  13. ^ Оссо и др. 2019, стр. 5076.
  14. ^ ab Clement, Hall & Broccoli 2004, стр. 331.
  15. ^ Мораес и др. 2023, стр. 980.
  16. ^ аб Миясака и Накамура 2005, с. 5047.
  17. ^ Миясака и Накамура 2005, с. 5064.
  18. ^ Ван и др. 2017, стр. 89.
  19. ^ Миясака и Накамура 2010, с. 2116.
  20. ^ Миясака и Накамура 2005, с. 5062.
  21. ^ Келли и Мейпс 2013, стр. 2750.
  22. ^ Баррос и др. 2004, стр. 42.
  23. ^ Родвелл и Хоскинс 1996, стр. 1397.
  24. ^ Родвелл и Хоскинс 1996, стр. 1402.
  25. ^ Тирлис и др. 2015, с. 6777.
  26. ^ Фелис и др. 2000, стр. 690.
  27. ^ Флаунас и др. 2012, с. 967.
  28. ^ Камберлин и др. 2010, с. 2057.
  29. ^ ab Rodwell & Hoskins 2001, стр. 3209.
  30. ^ Чоу и Нилин 2003, стр. 407.
  31. ^ Чжоу 2003, стр. 14.
  32. ^ Чоу и Нилин 2003, стр. 416.
  33. ^ Чоу и Нилин 2001, стр. 2436.
  34. ↑ Эномото 2004, стр. 1020.
  35. ↑ Эномото 2004, стр. 1033.
  36. ^ Ву и др. 2010, стр. 5.
  37. ^ Лю и др. 2020, стр. 7095.
  38. ^ Ди Капуа и др. 2020, с. 532.
  39. ^ Ву и Шоу 2016, стр. 8695.
  40. ^ Клемент, Холл и Брокколи 2004, стр. 334.
  41. ^ Липперт, ван Хинсберген и Дюпон-Ниве 2014, стр. 17.
  42. ^ Молнар и Раджагопалан 2012, с. 1.
  43. ^ Хан, Ху и Лю 2021, с. ЭГУ21-3690.
  44. ^ Цедакис 2007, стр. 2053.
  45. ^ Ван и др. 2017, стр. 240.
  46. ^ Миллер и др. 2016, стр. 130.
  47. ^ Камаэ, Уэда и Кито 2011, стр. 489–490.
  48. ^ Гуан, Ашок и Ямагата 2003, стр. 548.
  49. ^ Такемура и Симпо 2019, с. 75.
  50. ^ Ратна и др. 2017, стр. 67.
  51. ^ Харрисон и др. 2003, стр. 665.
  52. ^ Ву, Ли и Чан, 2018, с. 239.
  53. ↑ Оман 2005, стр. 9.
  54. ^ Цзо, Чжоу и Ман 2019, с. 13658.
  55. ^ Черчи и др. 2014, с. 6894.
  56. ^ Ратна и др. 2017, стр. 64.
  57. ^ Болласина и Нигам 2011, с. 969.
  58. ^ Янг и др. 2021, стр. 321.
  59. ^ Хе, Ян и Ли 2017, стр. 5.
  60. ^ Догар и Сато 2018, с. 13087.
  61. ^ Аттада и др. 2019, стр. 445.
  62. ^ Ханф и др. 2017, стр. 4882.
  63. ^ Келли и Мейпс 2016, стр. 7539.
  64. ^ Митчелл и Джонс 1997, стр. 264.
  65. ^ Ди Капуа и др. 2023, стр. 715–716.
  66. ^ Сян и др. 2023, стр. 4.
  67. ^ Фань и др. 2022, стр. 2.
  68. ^ Дувиль и др. 2000, с. 14857.
  69. ^ ab Gregory, Mitchell & Brady 1997, стр. 675.
  70. ^ Дувиль и др. 2000, с. 14859.
  71. ^ Де Лука и др. 2020, с. 794.
  72. ^ Черчи и др. 2016, с. 2370.
  73. ^ Косака и Мацуда 2005, с. 482.
  74. ^ Чен и др. 2022, стр. 1884.
  75. ^ Лионелло и др. 2006, с. 7-8.

Источники