Pozdravljen, Matic. Čestitke ob zaključku študija. V svoji magistrski nalogi se posvečaš spremembam v intenziteti Hadleyjeve cirkulacije – tropske cirkulacije približno v smeri sever-jug. Tvoja naloga sodi na področje klimatologije tropskih predelov. Naslov tvoje magistrske naloge je “Analiza sprememb intenzivnosti Hadleyjeve cirkulacije”. Nalogo si opravil pod mentorstvom doc. dr. Gregorja Skoka (FMF) in somentorstvom dr. Žige Zaplotnika (FMF).
Prosim, da na kratek in poljuden način predstaviš ozadje in raziskovalno vprašanje tvoje naloge.
Najprej iskrena hvala za čestitke.
Na Zemlji zrak stalno kroži. Do kroženja zraka pride zaradi neenakomerne porazdelitve sončnega sevanja po površju Zemlje, ki je glavni vir toplote na Zemlji. Glavni faktor omenjene porazdelitve je vpadni kot Sonca, ki se spreminja po geografski širini, torej v meridionalni smeri. Ekvatorialni predeli tako prejmejo največ sončne energije, polarni predeli pa najmanj. Razlike v ogrevanju ozračja med tropskimi in polarnimi predeli privedejo do transporta energije oz. toplote iz tropov proti poloma. Ta transport poteka pretežno z vetrovi (s t. i. splošno cirkulacijo ozračja), delno pa s tokovi v oceanih. Spremembe v neto količini sevanja in v temperaturi so torej največje v meridionalni smeri (od ekvatorja proti polu), zato splošno cirkulacijo ozračja obravnavamo kot tok, povprečen po celotni geografski dolžini, in jo opišemo kot povprečno meridionalno cirkulacijo, ki jo tvorita po celotni geografski dolžini povprečeni meridionalna in vertikalna komponenta hitrosti.
Na Zemlji so prisotne po tri cirkulacijske celice na vsaki polobli, Hadleyjeva, Ferrelova in polarna. Hadleyjeva celica je poznana kot tropska cirkulacija zraka približno med ekvatorjem in 20°-35° geografske širine. Pri Hadleyjevi cirkulaciji se ob ekvatorju topel zrak dviga, toplota se nato višje v ozračju prenaša v smeri proti polu, zrak se ohladi in se v subtropih spusti proti površju ter se v spodnjih plasteh ozračja steka nazaj proti ekvatorju. Na območjih dviganja zraka so značilne pogoste padavine, območja, kjer se zrak spušča, pa so sušna. Hadleyjeva cirkulacija torej bistveno vpliva na razporeditev rastja in poselitvena območja. Morebitne spremembe Hadleyjeve cirkulacije bi lahko imele dolgotrajen in škodljiv vpliv na velik del biosfere.
Mnogo študij je na podlagi simulacij klimatskih modelov ter reanaliz – rekonstrukcij vremena za nazaj – že potrdilo, da se severna Hadleyjeva celica nekoliko širi v smeri proti polu. Po drugi strani simulacije klimatskih modelov kažejo na slabitev severne Hadleyjeve celice v 21. stoletju, medtem ko reanalize kažejo na njeno krepitev v zadnjih 40 letih.
Najnovejša reanaliza visoke ločljivosti ERA5 Evropskega centra za srednjeročno napovedovanje vremena (ECMWF) kaže trend krepitve Hadleyjeve cirkulacije, kljub temu pa se s padavinskimi podatki dobro sklada, kar poraja dvom v razloge za odstopanje reanaliz in klimatskih modelov, ki so bili predstavljeni v nedavnih študijah. Namen te magistrske naloge je bil zato ugotoviti, kakšni so časovni trendi intenzivnosti Hadleyjeve cirkulacije v dveh reanalizah, najnovejši ERA5 in starejši ERA-Interim, ter raziskati, ali so ti trendi konsistentni s trendi segrevanja ozračja in trendi količine padavin.
Kakšni pa so glavni rezultati in ugotovitve do katerih si prišel?
V magistrski nalogi sem se ukvarjal s spremembami in z razlogi za spremembe Hadleyjeve cirkulacije. Potrdilo se je, da je ‘zimska’ celica najbolj intenzivna in bistveno bolj meridionalno razsežna kot ‘poletna’ celica, ki je slabše razvita. Časovni trendi v zadnjih 40 letih pa kažejo na značilno krepitev Hadleyjeve cirkulacije tako v severni kot južni Hadleyjevi celici v najnovejši reanalizi visoke ločljivosti ERA5, najbolj v Hadleyjevi celici na zimski polobli, medtem ko intenzivnost Hadleyjeve cirkulacije v ‘poletni’ celici slabi. V reanalizi ERA-Interim je trend zanemarljiv.
Ugotovili smo, da so spremembe v segrevanju ozračja, pri katerem ima vodilno vlogo sproščanje kondenzacijske toplote, glavni vzrok za spremembe v intenzivnosti Hadleyjeve cirkulacije. Znatno k spremembam intenzivnosti Hadleyjeve cirkulacije prispeva še trenje v smeri, ki je vzporedna ekvatorju, prispevek preostalih fizikalnih procesov pa je manjši.
Tako simulirane kot ocenjene količine padavin se dobro skladajo s segrevanjem ozračja v ERA5, kar kaže na to, da v najmodernejši reanalizi ERA5 najverjetneje ni napačnega trenda kondenzacijskega gretja, saj se trend intenzivnosti Hadleyjeve cirkulacije dobro sklada s padavinskimi podatki. Obstaja pa možnost, da so spremembe Hadleyjeve cirkulacije posledica naravne variabilnosti klimatskega sistema, ki pa je klimatski modeli ne opišejo dobro. V članku, ki je nastajal sočasno z magistrsko nalogo, smo s kolegoma dr. Žigo Zaplotnikom s Fakultete za matematiko in fiziko in dr. Lino Boljko z Geofizikalnega inštituta v Bergnu namreč prepoznali močno korelacijo intenzivnosti Hadleyjeve cirkulacije s periodičnim spreminjanjem temperature severnega Atlantika.
Hvala za odgovore in veliko sreče še naprej.
Povezava na PDF magistrske naloge.
Intervju izvedla: asist. dr. Katarina Kosovelj
