Дым от пожаров «Черного лета» в Австралии повлиял на климат и высотные ветра Южного полушария

Лесные пожары в Австралии 2019/20 годов выбросили в атмосферу больше дыма, чем когда-либо ранее наблюдалось в мире. Во время так называемого «Черного лета» в высокие слои воздуха попало в три раза больше частиц, чем во время предыдущих рекордных пожаров в Канаде летом 2017 года. Два анализа, проведенные под руководством Института тропосферных исследований им. Лейбница (TROPOS), раскрывают климатическое воздействие этих масштабных пожаров: частицы дыма общей массой около одного миллиона тонн распространились по Южному полушарию и влияли на климат примерно полтора года, нагревая верхние слои атмосферы и охлаждая нижние слои у поверхности Земли.

От субтропиков до Антарктиды солнечный свет был ослаблен даже сильнее, чем во время извержения вулкана Пинатубо в 1991 году. Дым, вероятно, также способствовал рекордной озоновой дыре над Антарктидой в 2020 году, сформировав вихрь диаметром 1000 километров, который проходил над Южным полушарием в течение нескольких недель. Это считается первым доказательством того, что дым от лесных пожаров также может изменять высотные ветра в стратосфере. Поскольку ожидается, что такие экстремальные пожары станут более частыми из-за изменения климата, очень важно учитывать дым и его влияние на энергетический баланс Земли в климатических сценариях, пишут исследователи в журнале Atmospheric Chemistry and Physics (ACP).

Между сентябрем 2019 и январем 2020 года в Австралии сгорела почти вдвое большая площадь, чем при любом другом задокументированном экстремальном пожаре. Пик пришелся на 29 декабря 2019 – 4 января 2020 года, поэтому в научной литературе эти события теперь называют «Австралийской супервспышкой Нового года» (ANYSO), а в обиходе — пожарами «Черного лета».

Из-за высокой жары образовалось 38 пирокучево-дождевых облаков (PyroCb), которые транспортировали дым на большие высоты со скоростью, в десять раз превышающей скорость лифта. Более половины этих облаков PyroCb напрямую подняли частицы дыма на высоту от 14 до 16 километров в нижнюю стратосферу. Общая масса выброшенных частиц составила около 1 млн тонн, что примерно в четыре раза больше, чем при лесных пожарах предыдущих лет. Частицы рассеялись в средних широтах Южного полушария за несколько дней.

Для анализа исследователи использовали спутниковые данные, измерения солнечных фотометров международной сети AERONET и долгосрочные наблюдения с помощью двух наземных рамановских лидаров в Пунта-Аренас (Чили) и Рио-Гранде (Аргентина). Эти данные позволили наблюдать новое явление: самоподдерживающийся вихрь диаметром около 1000 км, который сохранялся в стратосфере более 13 недель, пересек Тихий океан на восток и в начале апреля 2020 года завершил кругосветное путешествие, пройдя более 66 000 км. Этот вихрь удерживал частицы дыма от рассеивания и разбавления.

«Ничего подобного раньше не наблюдалось. Это первое доказательство того, что дым также вызывает изменения ветров в стратосфере и открывает совершенно новое направление научных исследований», — подчеркивает д-р Альберт Ансманн из TROPOS.

Лидарные измерения TROPOS позволили сравнить пожары в Австралии с другими крупными пожарами. Рекордные пожары в Канаде в августе 2017 года (PNE) выбросили в верхнюю стратосферу лишь около трети массы аэрозолей. Сильные пожары в Сибири в июле/августе 2019 года (SILBE) образовали слой толщиной 7–10 км. Дым от австралийских пожаров (ANYSO) сформировал слой толщиной 10–14 км, поднялся на высоту 24 км и оставался в атмосфере около 20 месяцев.

«Австралийские пожары 2019/20 годов определенно являются лесными пожарами с наибольшим воздействием на атмосферу и глобальный климат на сегодняшний день. Масштабы сопоставимы с извержением Пинатубо на Филиппинах в 1991 году», — сообщает Альберт Ансманн.

В 2020/21 годах наблюдались три события с рекордным истощением озонового слоя: над Арктикой в марте/апреле 2020 года и над Антарктидой в сентябре-ноябре 2020 и 2021 годов. Во время всех трех событий в атмосфере полярных регионов плавало необычно большое количество дыма. Исследователи отмечают четкое соответствие между слоем с наибольшим истощением озона, слоем с повышенной концентрацией частиц над Пунта-Аренас и высотным диапазоном, в котором спутниковые данные обнаруживали полярные стратосферные облака (PSC).

«Известно, что на поверхностях полярных стратосферных облаков происходят химические процессы, ускоряющие разрушение озона. Поэтому мы strongly suspect, что дым привел к образованию этих высоких облаков, а эти облака, в свою очередь, — к сильному истощению озона», — объясняет Кевин Онойзер из TROPOS.

Модельные симуляции с использованием глобальной аэрозольной климатической модели ECHAM6.3-HAM2.3 определили эффект нагрева в верхних слоях атмосферы (TOA) в +0,5 Вт/м² в Южном полушарии. У поверхности Земли (BOA) радиационное воздействие оценивалось примерно в -0,75 Вт/м² при ясном небе, что соответствует охлаждающему эффекту крупного вулканического извержения.

«Мы были удивлены тем, насколько пожары в юго-восточной Австралии увеличили непрозрачность верхних воздушных слоев Южного полушария, изменив радиационный баланс. Эти изменения влияли на климат в Южном полушарии полтора года», — говорит д-р Бернд Хайнольд из TROPOS.

Воздействие аэрозоля от лесных пожаров на энергетический баланс, вероятно, до сих пор недооценивалось в моделях, поскольку для радиационного эффекта решающее значение имеет вертикальное распределение дыма. «Такие улучшения необходимы для любой оценки энергетического баланса Земли и климатического состояния. Поэтому становится все более важным лучше подготовить климатические модели к воздействию лесных пожаров на атмосферу, поскольку ожидается, что их частота и сила будут увеличиваться по всему миру в ответ на антропогенное потепление климата», — поясняет проф. Ина Теген из TROPOS.