Градієнти вологості ґрунту впливають на розвиток бур

Нове революційне дослідження, опубліковане в журналі Nature Geoscience, виявило суттєвий зв’язок між градієнтами вологості ґрунту та посиленням мезомасштабних конвективних систем, що спричиняють екстремальні погодні явища.

Мезомасштабні конвективні системи (MCS) – це великі штормові комплекси, що охоплюють сотні кілометрів. Вони спричиняють інтенсивні опади, повені та інші небезпечні погодні явища. Просторова мінливість вологості ґрунту виявилася ключовим фактором у формуванні та посиленні таких штормових систем.

Вчені проаналізували дані із семи глобальних регіонів, де часто спостерігаються MCS. У цих регіонах проживають мільярди людей, що підкреслює соціальну важливість розуміння цих процесів. Дослідження поєднало атмосферну науку з поверхневою гідрологією.

Механізми впливу та спостереження

Дослідники використали супутникові дані, зокрема з місії Soil Moisture Active Passive (SMAP). “Аналіз підтверджує сильну кореляцію між аномальними градієнтами вологості ґрунту і підвищеним зсувом вітру”, зазначають вчені. Цей зв’язок спостерігається в різних кліматичних зонах.

Новаторський аспект дослідження полягає в синтезі раніше незалежних напрямків. Вчені пояснюють механістичний шлях, де неоднорідності вологості ґрунту викликають термічні градієнти. Ці градієнти модулюють зсув вітру, що збільшує тривалість та інтенсивність штормів.

Значні коливання вологості ґрунту на відстані в кілька сотень кілометрів призводять до посилення зсуву вітру. Це атмосферний стан, критично пов’язаний із розвитком MCS. Зони опадів розширюються на 10-30 відсотків у дні з значною мінливістю вологості ґрунту.

У чотирьох із семи досліджених регіонів вплив градієнтів вологості на характеристики MCS підтверджено даними спостережень. Для інших регіонів оцінки базувалися на продуктах глобального реаналізу. Автори відзначають обмеження в можливостях спостереження, зокрема тривалість супутникових записів.

Прогнозування та наслідки для клімату

Важливим відкриттям є стійкість ефектів зсуву вітру, викликаних градієнтом вологості ґрунту. “Цей часовий проміжок від двох до п’яти днів дає багатообіцяючий потенціал для прогнозування”, підкреслюють дослідники. Це відкриває можливості для покращення систем раннього попередження.

Включення частих супутникових спостережень за вологістю ґрунту в нові погодні моделі може значно покращити прогнозування штормів. Це особливо важливо для регіонів Африки, де системи раннього попередження залишаються недорозвиненими для приблизно 60% населення.

Дослідження виступає за проведення експериментів з контрольованого маніпулювання вологістю ґрунту в моделюванні. Такі експерименти допоможуть з’ясувати нюанси регіональної чутливості MCS до градієнтів вологості ґрунту. Навіть сучасні моделі не можуть точно врахувати всі впливи градієнтів вологості ґрунту.

З точки зору зміни клімату, наслідки цього дослідження є глибокими. Кліматичні прогнози передбачають, що MCS стануть менш частими, але більш інтенсивними в регіонах з різкими градієнтами посушливості. Це природно посилює неоднорідність ґрунтової вологи.

Соціальні наслідки та майбутні напрямки досліджень

Вчені встановили чіткий механістичний зв’язок між градієнтами вологості ґрунту та силою конвективних систем. “Це дослідження прогнозує позитивний зворотний зв’язок, за якого посушливість посилює контрасти вологості ґрунту, що посилює інтенсивність MCS”, пояснюють автори. Такий зворотний зв’язок може посилити екстремальні погодні явища.

Соціальні наслідки сильніших і масштабніших MCS є значними. Вони спричиняють повені, зсуви та руйнування інфраструктури. Виявлення того, що умови вологості ґрунту можуть вирішальним чином впливати на атмосферну динаміку, змінює наше розуміння зв’язку між землею і атмосферою.

Відкриття вимагає переоцінки того, як кліматичні моделі відображають зворотний зв’язок між землею і атмосферою. Це підкреслює критичну важливість збереження здоров’я ґрунтів і гідрологічної функції в умовах глобальних змін.

Багато наукових питань залишаються відкритими для подальших досліджень. Відносна важливість посилення зсуву, зумовленого вологістю ґрунту, порівняно з іншими чинниками, залежить від регіону. Також потребує вивчення вплив рослинного покриву, текстури ґрунту і топографії на розподіл ґрунтової вологи.

Дослідження Бартона, Клейна, Тейлора та їхніх колег пропонує переконливі докази нового механізму. Ці знання відкривають шляхи для покращення прогнозування погоди, готовності до стихійних лих та адаптації до клімату. “Розуміння взаємодії між вологістю ґрунту та атмосферною динамікою стає життєво важливим напрямком у науці про системи Землі”, підсумовують дослідники.