Havaktivitet er nøgleregulatoren af ​​sommermonsuner

Hver sommer, et klimaskift bringer vedvarende vind og regn til store dele af Sydøstasien, i form af en sæsonbestemt monsun. Den generelle årsag til monsunen forstås at være en stigende temperaturforskel mellem det opvarmende land og det forholdsvis kølige hav. Men for det meste, styrken og timingen af ​​monsunen, som millioner af landmænd er afhængige af hvert år, er utrolig svær at forudsige.

Nu har MIT-forskere fundet ud af, at et samspil mellem atmosfæriske vinde og havvandene syd for Indien har stor indflydelse på styrken og timingen af ​​den sydasiatiske monsun.

Deres resultater, offentliggjort i dag i Tidsskrift for klima , vis, at når sommersolen varmer det indiske subkontinent op, den starter også stærke vinde, der fejer over Det Indiske Ocean og op over den sydasiatiske landmasse. Mens disse vinde driver nordpå, de skubber også havets vand mod syd, meget som en løber, der skubber mod et løbebånds bælte. Forskerne fandt ud af, at disse sydstrømmende vand transporterer varme sammen med dem, afkøling af havet og i realiteten øge temperaturgradienten mellem land og hav.

De siger, at denne havvarmetransportmekanisme kan være en ny knap til at kontrollere den sæsonbestemte sydasiatiske monsun, samt andre monsunsystemer rundt om i verden.

"Det vi finder er, havets reaktion spiller en enorm rolle i at modulere intensiteten af ​​monsunen, " siger John Marshall, Cecil og Ida Green professor i oceanografi ved MIT. "Forståelse af havets reaktion er afgørende for at forudsige monsunen."

Marshalls medforfattere på papiret er hovedforfatter Nicholas Lutsko, en postdoc i MIT's Department of Earth, Atmosfærisk, og planetariske videnskaber, og Brian Green, en tidligere kandidatstuderende i Marshalls gruppe, som nu er på University of Washington.

Damp og forskydninger

Forskere har traditionelt fokuseret på Himalaya som en vigtig påvirker af den sydasiatiske monsun. Det menes, at den massive bjergryg fungerer som en barriere mod kolde vinde, der blæser ind fra nord, isolering af det indiske subkontinent i en varm kokon og forstærkning af sommertidstemperaturforskellen mellem landet og havet.

"Før, folk troede, at Himalaya var nødvendige for at have et monsunsystem, "Lutsko siger." Da folk slap af med dem i simuleringer, der var ingen monsun. Men disse modeller blev kørt uden hav."

Lutsko og Marshall havde mistanke om, at hvis de skulle udvikle en model af monsunen, der inkluderede havets dynamik, disse effekter ville mindske monsunens intensitet. Deres anelse var baseret på tidligere arbejde, hvor Marshall og hans kolleger fandt ud af, at vinddrevet havcirkulation minimerede forskydninger i den intertropiske konvergenszone, eller ITCZ, et atmosfærisk bælte nær ækvator, der typisk producerer dramatiske tordenbyger over store områder. Denne brede zone af atmosfærisk turbulens er kendt for at skifte sæsonmæssigt mellem den nordlige og sydlige halvkugle, og Marshall fandt ud af, at havet spiller en rolle i forbindelse med disse skift.

"Baseret på ideen om, at havet dæmper ITCZ-skiftene, vi troede, at havet også ville dæmpe monsunen, " siger Marshall. "Men det viser sig, at det faktisk styrker monsunen."

At se forbi et bjerg

Forskerne kom til denne uventede konklusion efter at have udarbejdet en simpel simulering af et monsunsystem, startende med en numerisk model, der simulerer atmosfærens grundlæggende fysik over en "akvaplanet" - en verden dækket helt af et hav. Holdet tilføjede en solid, rektangulær masse til havet for at repræsentere en simpel landmasse. De varierede derefter mængden af ​​sollys på tværs af den simulerede planet, at efterligne de sæsonbestemte cyklusser af solstråling, eller sollys, og simulerede også vind og regn, der er resultatet af disse sæsonbestemte temperaturskift.

De udførte disse simuleringer under forskellige scenarier, herunder en, hvor havet var statisk og ubevægeligt, og en anden, hvor havet fik lov til at cirkulere og reagere på atmosfæriske vinde. De observerede, at vinde, der blæste mod landet, fik havets vand til at strømme i den modsatte retning, transporterer varme væk fra vandet nærmest landet. Denne interaktion mellem vind og hav havde en betydelig effekt på enhver monsun, der dannede sig over landet:jo stærkere dette samspil, eller kobling mellem vind og hav, jo større forskel er der på land- og havtemperatur, og jo stærkere intensiteten af ​​den efterfølgende monsun.

Interessant nok, deres model indeholdt ikke nogen form for Himalaya -struktur; alligevel, de var stadig i stand til at producere en monsun simpelthen fra virkningen af ​​havet og vinde.

"Vi havde oprindeligt et billede af, at vi ikke kunne lave en monsun uden Himalaya, som var den etablerede visdom, " siger Lutsko. "Men i vores model, vi havde ingen sådan barriere, og vi var stadig i stand til at skabe en monsun, og det var vi spændte på."

Ultimativt, deres arbejde kan være med til at forklare, hvorfor den sydasiatiske monsun er et af de stærkeste monsunsystemer i verden. Kombinationen af ​​Himalaya mod nord, som virker for at varme jorden op, og havet mod syd, som tager varme væk fra nærliggende farvande, opsætter en ekstrem temperaturgradient for en af ​​de mest intense, vedvarende monsuner på planeten.

"En grund til, at den sydasiatiske monsun er så stærk, er, at der er denne store barriere mod nord, der holder landet varmt, og der er et hav mod syd, der afkøles, så det er perfekt placeret til at være rigtig stærk, " siger Lutsko.

I det fremtidige arbejde, forskerne planlægger at anvende deres nyfundne observationer af havets rolle til at hjælpe med at fortolke variationer i monsuner meget længere tilbage i tiden.

"Det, der er interessant for mig, er, i tider, hvor den nordlige halvkugle var meget koldere, du ser et sammenbrud af monsunsystemet, " siger Lutsko. "Folk ved ikke, hvorfor det sker. Men vi føler, at vi kan forklare dette, ved at bruge vores minimale model."

Forskerne mener også, at deres nye, havbaseret forklaring på generering af monsuner kan hjælpe klimamodellere med at forudsige, hvordan for eksempel, monsuncyklussen kan ændre sig som reaktion på havets opvarmning på grund af klimaændringer.

"Vi siger, at du skal forstå, hvordan havet reagerer, hvis du vil forudsige monsunen, "Lutsko siger." Du kan ikke bare fokusere på jorden og atmosfæren. Havet er nøglen."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.