Naukowcy odkryli, że prąd strumieniowy i góry przyczyniają się do sezonowych opadów na amerykańskim południowym zachodzie.
Na każdym kontynencie z wyjątkiem Antarktydy występują sezonowe opady deszczu zwane monsunami. Spośród sześciu monsunów występujących co roku na świecie, jeden z nich jest nieco kłopotliwy – Ameryka Północna. Ta wodnista pogoda zwykle nawiedza Meksyk i południowo-zachodnią część Stanów Zjednoczonych w okresie letnim, dostarczając rolnictwu odżywczych deszczów, a także stwarzając zagrożenie gwałtownymi powodziami i gwałtownymi wiatrami.
„Monsun północnoamerykański zawsze był trochę dziwny” – mówi William Boos, badacz atmosfery z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley i Narodowego Laboratorium Lawrence’a Berkeleya (LBNL). Obejmuje on mniejszy obszar geograficzny niż jego potężni kuzyni z Azji i Afryki. Monsun północnoamerykański jest również słabszy pod względem opadów, a jego cykliczne zmiany w strukturze wiatru nie są tak wyraźne jak w przypadku innych monsunów na świecie. „Ludzie nie do końca wiedzą, co z tym zrobić” – dodaje Boos.
Niedawno naukowcy rozwikłali tajemnicę najbardziej niezrozumiałego monsunu na świecie. Zespół badaczy pod kierownictwem Boosa odkrył, że czynnikiem napędzającym monsun północnoamerykański nie jest różnica temperatur, która napędza pozostałe pięć monsunów, ale topografia. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w listopadzie ubiegłego roku w czasopiśmie Nature.
Typowy monsun rozpoczyna się latem, gdy ląd staje się cieplejszy od oceanu. Chłodniejsze wiatry wieją od strony mórz, niosąc ze sobą wilgoć, która w końcu spływa po terenie.
Zespół Boosa odkrył, że powtarzające się deszcze na południowych krańcach kontynentu są wywoływane przez Sierra Madres i pobliskie góry. Gdy bogaty w wilgoć strumień jet przesuwa się z zachodu na wschód nad kontynentem północnoamerykańskim, jego część leje się wzdłuż ciągłego pasa wyższych wzniesień pasma górskiego w kierunku południowym. Góry Sierra wypychają wilgotne powietrze w górę atmosfery, gdzie para wodna skrapla się w deszcz, zapoczątkowując w ten sposób monsun.
Południowy Zachód USA ma wyjątkowe warunki do tworzenia ekscentrycznych monsunów: bliskość gór do ciepłego Oceanu Spokojnego, który rozciąga się od górnej półkuli Ziemi aż do równika.
„To nowe spojrzenie na to, co ostatecznie powoduje monsun północnoamerykański” – mówi Isla Simpson, klimatolog z amerykańskiego Narodowego Centrum Badań Atmosferycznych w Boulder w Kolorado, która nie brała udziału w badaniach. „[Badacze] dość przekonująco pokazują znaczenie topografii”.
Ten monsunowy mechanizm długo nie dawał spokoju naukowcom, którzy próbowali modelować to zjawisko na swoich komputerach. Sierry, jak na pasmo górskie, są dość wąskie, więc modele komputerowe o niskiej rozdzielczości nie są wystarczająco precyzyjne, aby uchwycić ich cechy topograficzne w celu symulacji ich wpływu meteorologicznego. Do skonstruowania skomplikowanego modelu, który uwzględniałby stosunkowo niewielkie rozmiary Sierras, potrzebny jest superkomputer.
Zespół Boosa wykorzystał zasoby obliczeniowe National Energy Research Scientific Computing Center w LBNL, aby odtworzyć ukształtowanie terenu z bardzo dużą rozdzielczością. Przeprowadzenie obliczeń zajęło badaczom pięć milionów godzin pracy komputera – co odpowiada pracy procesora superkomputera przez pięć milionów godzin lub pięciu milionów procesorów działających przez godzinę – i trwało około sześciu miesięcy. Kiedy badacze spłaszczyli góry w swoich symulacjach, nie byli w stanie odtworzyć intensywności prawdziwego monsunu północnoamerykańskiego, nawet jeśli zwiększyli kontrast między ogrzewaniem lądu i oceanu, który wywołuje inne monsuny w pozostałych częściach świata. Bez Sierra Madres „opady monsunu północnoamerykańskiego są prawie całkowicie wyeliminowane”, mówi Boos.
Wyniki badań mają kluczowe znaczenie dla wyjaśnienia wzorców klimatycznych, które rządzą hydrologią amerykańskiego Południowego Zachodu. Monsun jest kluczowym źródłem wody, przynoszącym ponad połowę całkowitych opadów dla tego regionu każdego roku. Jego zasięg sięga aż do Kalifornii, gdzie uderzenia piorunów w wyniku burz mogą wywoływać pożary lasów.
Lepsze zrozumienie tego współczesnego zjawiska może również rzucić światło na przeszłość. „Związek między prądem strumieniowym a topografią otwiera zupełnie nowy sposób oceny monsunu północnoamerykańskiego” – mówi Arianna Varuolo-Clarke, klimatolog z Uniwersytetu Columbia w Nowym Jorku, która nie brała udziału w badaniach. Jest ona ciekawa, czy nowe badania będzie można wykorzystać do wyjaśnienia, w jaki sposób monsun ewoluował. „Historyczne zapisy, a nawet niektóre zapisy paleo dotyczące strumienia jet stream mogłyby zostać [ponownie przeanalizowane], aby lepiej zrozumieć historyczne zmiany w tym systemie monsunowym” – mówi.
Być może najważniejsze jest to, że badania mogą pomóc naukowcom przewidzieć rozkład wód na amerykańskim południowym zachodzie w nadchodzących latach.
Naukowcy nie są jeszcze pewni, w jaki sposób monsun północnoamerykański może się zmienić pod wpływem zmian klimatu. Zidentyfikowanie jego kluczowych czynników, takich jak strumień odrzutowy, jest pierwszym krokiem w kierunku oceny wrażliwości wzorców klimatycznych. „Dzięki nowemu zrozumieniu podstawowych zasad fizyki systemu będziemy w stanie powiedzieć coś bardziej ostatecznego na temat tego, co się stanie” – mówi Boos.
Dla mieszkańców południowego zachodu monsun zawsze działał jak w zegarku – nieubłaganie sprowadzając popołudniowe burze w szczycie lata. Ustalenie, co sprawia, że monsun działa jak w zegarku, pozwoli naukowcom przewidzieć jego losy, w tym to, czy jego regularność może zniknąć w obliczu nieuchronnego ocieplenia planety.
