Тайна аномальных снегопадов в Антарктиде раскрыта: виноваты невидимые «реки»

Антарктида — это самое сухое место на планете. В центральных районах континента за год выпадает меньше влаги, чем в Сахаре. Но время от времени здесь случаются мощные снегопады, которые за несколько дней приносят объем осадков, сравнимый с годовым. Откуда в ледяной пустыне берется столько снега? И почему стандартные методы наблюдения долгие годы не могли объяснить это явление?


Ученые давно подозревали некое скрытое атмосферное явление, что-то вроде особых и невидимых рек. Оно могло переносить тепло и влагу за тысячи километров, но поймать за хвост эту аномалию мешала уникальная география Антарктиды. Горы, ледяные купола и глубокие впадины искажали сигналы со спутников, а старые алгоритмы поиска попросту «слепли» в этих условиях. Поэтому, чтобы, наконец, разобраться в парадоксе, ученым пришлось воспользоваться принципиально новым измерением.

Небесные реки-невидимки

В атмосфере Земли существуют узкие, но чрезвычайно мощные потоки влажного воздуха. Их называют атмосферными реками. Одна такая «река» способна переносить объем воды, в несколько раз превышающий сток Амазонки.



Когда этот поток упирается в горный хребет или сталкивается с холодной воздушной массой, влага конденсируется и выпадает в виде ливней или снегопадов. В умеренных широтах именно атмосферные реки чаще всего вызывают катастрофические наводнения. Например, так было в 2013 году на Дальнем Востоке. Тогда на бассейн реки Амур обрушились затяжные ливни, вызванные переносом огромных масс влажного воздуха. Осадки выпадали почти два месяца и вызвали катастрофическое наводнение.

В Антарктиде эти же явления ведут себя иначе. Континент окружен холодными океаническими водами, а его поверхность представляет собой гигантский ледяной купол высотой до четырех километров. Атмосферная река, добравшаяся до Антарктиды, уже потеряла часть влаги по пути, но оставшегося достаточно, чтобы резко увеличить снежный покров в глубине континента.

По сути, эти «небесные реки» выполняют жизненно важную работу: они компенсируют потери льда, происходящие из-за таяния шельфовых ледников. Без них баланс массы антарктического льда был бы еще более отрицательным.

Проблема в том, что обнаружить атмосферные реки над Антарктидой крайне сложно. Рельеф континента настолько разнообразен, а сам воздух настолько сух, что классические алгоритмы поиска дают сбои. Раньше ученые использовали двухмерные методы, которые работали с горизонтальными срезами атмосферы.

Они не учитывали, как меняется поток влаги по высоте. А ведь в Антарктиде вертикальное строение воздушных масс играет решающую роль. В результате существующие оценки вклада атмосферных рек в общий снегопад (до 30% годовых осадков) могли быть сильно занижены. Чтобы проверить это, требовался новый подход.

Трехмерный взгляд на ледяной континент

Группа исследователей под руководством аспиранта Такахаши из Национального института полярных исследований (Япония) решила отказаться от плоскостного мышления. Ученые разработали трехмерный алгоритм обнаружения атмосферных рек, который учитывает изменения влажности, температуры и направления ветра на разных высотах одновременно.

Это как если бы раньше вы смотрели на реку только сверху, не видя глубины течения, а теперь у вас появился полноценный объемный скан. Новый метод способен отследить атмосферный поток даже тогда, когда на стандартных картах он сливается с окружающим фоном.
Чтобы проверить алгоритм в деле, ученые взяли два набора данных. Первый — уникальные наземные наблюдения за снегопадами, собранные во время 44-й Японской антарктической исследовательской экспедиции (JARE44) на станции «Купол Фудзи». За период с февраля 2003 по январь 2004 года японские полярники зафиксировали каждый случай выпадения снега.



Второй набор — глобальный массив атмосферного реанализа ERA5 от Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды, который охватывает всю Антарктиду с 1979 по 2023 год. Соединив «точечные» наземные данные со спутниковыми и модельными реконструкциями, исследователи получили возможность перепроверить, что именно пропускали старые методы.

Результаты оказались поразительными. Во время той самой экспедиции JARE44 новый трехмерный алгоритм выявил 16 значительных снегопадов, которые полностью игнорировались двухмерными методами. Более того, он зафиксировал 17 дней с повышенной активностью атмосферных рек, и эти дни совпали с 10 эпизодами мощных снегопадов. Вклад этих событий в общий снежный покров за год составил примерно 40%.

То есть почти половина всех осадков, выпавших в районе Дома Фудзи, была напрямую связана с атмосферными реками. И раньше эту связь просто не видели.

Цифры меняют все

Когда тот же трехмерный алгоритм применили к 45-летнему массиву данных ERA5 (с 1979 по 2023 год), картина стала еще более масштабной. Оказалось, что атмосферные реки возникают над Антарктидой лишь в 10% случаев от общего времени наблюдений. Это довольно редкие гости. Но когда они приходят, то приносят с собой от 30 до 60% всего объема осадков во внутренних районах континента.

Но и это еще не все. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Geophysical Research Letters, вклад атмосферных рек варьируется от региона к региону. В некоторых частях Антарктиды на них приходится до 90% всех выпадающих снегопадов.

Для сравнения, предыдущие оценки на основе двухмерных методов давали максимум 30%. Разрыв колоссальный, и он означает, что ученым придется пересмотреть практически все модели климата для этого континента. Атмосферные реки не просто дополняют местный водный баланс — во многих районах они являются главным его источником.

Кроме того, исследователи обнаружили четкую связь между многолетними изменениями в количестве снегопадов и активностью атмосферных рек. Эта связь особенно ярко проявилась в Восточной Антарктиде — регионе, где раньше не удавалось убедительно объяснить рост снежной массы именно активностью «небесных рек».



Теперь загадка решена: чем чаще и мощнее атмосферные реки достигают восточных берегов континента, тем больше снега накапливается в глубине. А поскольку глобальное потепление меняет циркуляцию воздушных масс, ученые ожидают, что частота и сила этих явлений будут расти.