핵전쟁 시뮬레이션에서 관찰된 핵니뇨 반응

핵전쟁

핵전쟁으로 촉발된 화재로 인한 연기가 기후에 미치는 영향에는 전 지구적 냉각 및 농작물 실패가 포함됩니다. 해양 기반 식량 공급원에 대한 의존도가 높아짐에 따라 전후 해양의 물리적 및 생물학적 상태를 이해하는 것이 중요합니다. 여기에서는 지구 시스템 모델을 사용하여 6가지 핵전쟁 시나리오를 시뮬레이션합니다. 우리는 지구 냉각이 적도 태평양에서 엘니뇨와 유사하지만 최대 7년 동안 지속되는 크고 지속적인 반응을 일으킬 수 있음을 보여줍니다. 핵전쟁 이후의 엘니뇨 또는 핵니뇨는 주로 해양대륙과 열대 아프리카의 냉각으로 인한 편서 무역풍의 이상 현상과 적도 태평양 용승의 차단으로 특징지어집니다. 입사 햇빛과 해양 순환 변화가 감소하면 적도 태평양 식물 플랑크톤 생산성이 40% 감소합니다. 이러한 결과는 핵전쟁이 극심한 기후 변화를 촉발하고 농작물 실패의 영향을 넘어 식량 안보를 위협할 수 있음을 나타냅니다.

 

핵전쟁 시나리오 시뮬레이션

우리는 전체 대기 커뮤니티 기후 모델(WACCM, 버전 4)과 함께 커뮤니티 지구 시스템 모델(CESM, 버전 1.3)을 대기 구성요소(이하 CESM-WACCM4)로 사용하여 핵전쟁으로 인한 연기에 대한 기후 반응을 시뮬레이션합니다. 사용된 해양 모델 구성 요소는 생지화학 원소 순환 모델과 결합된 평행 해양 프로그램(POP, 버전 2)입니다. 이것은 Coupe et al.8이 사용한 것과 동일한 모델 구성으로, 과거 Niño3.4 영역(5°N–5°S, 170°W–120°W) SST 스펙트럼 측면에서 ENSO의 주기성을 복제할 수 있습니다. 그 진폭과 지속 시간이 다소 너무 크지만 CESM-WACCM4는 또한 화산 폭발에 대한 ENSO 반응을 시뮬레이션할 수 있는 능력을 입증했으며 이러한 시뮬레이션에 적합한 도구입니다. 우리는 Robock et al.12와 Coupe et al.8에 의해 설명된 미국과 러시아 사이의 핵전쟁 시나리오에 초점을 맞추고 있습니다. 5월 15일부터 7일 동안 두 나라. 이하, 이 경우를 NW-150Tg라고 한다. 인도와 파키스탄에 5-46.8 Tg의 그을음 주입과 함께 5개의 추가 핵전쟁 시나리오도 다양한 복사 강제력에 대한 반응의 민감도를 평가하는 데 사용됩니다.

 

핵 니뇨 반응에 대해서

그을음 에어로졸은 상층 대기로 주입된 후 전 세계로 퍼져 단파 복사를 차단하고 지구 냉각을 유발합니다. NW-150Tg에서는 지구 평균 월별 하향 용승 일사량의 거의 120 W m−2 감소가 시뮬레이션되고, 향후 2년 동안 지구 평균 월별 표면 온도가 거의 10 °C 감소합니다. 온도와 강수 이상 현상의 공간적 패턴은 지구 대부분의 지역에서 극심한 냉각과 감소된 강수를 특징으로 합니다. 대조적으로 적도 태평양을 따라 온화한 냉각 조건과 강수량의 증가는 핵니뇨 반응을 나타냅니다. 핵니뇨 반응은 주입 후 한 달에 서부 및 중부 적도 태평양을 따라 서풍 표면 바람 응력이 갑자기 증가하는 것이 특징입니다. 엘니뇨 발달에 유리하고 핵니뇨 반응의 근본적인 특징인 이 서쪽 변칙성은 7~8월~9월에 정점에 이를 때까지 계속 증가합니다. NW-150Tg에서는 편서풍 응력이 최대 7년 동안 지속되며 무역풍의 방향은 3년 동안 간헐적으로 반전됩니다. 변칙적인 서풍 강제력에 대한 응답으로 Niño3.4 지역의 SST는 성층권 에어러솔 층의 냉각 효과에도 불구하고 모든 시뮬레이션에서 온난화를 시작합니다. Niño3.4 지역의 온난화는 편서풍 응력 아노말리가 따뜻한 적도 해수를 동쪽으로 이류시켜 수년 동안 중부 및 동부 적도 태평양의 수온약층을 심화시킨 후에 발생합니다. 핵니뇨 발달에 대한 동서 이류의 중요성은 주입 후 6-12개월 동안 적도 태평양 혼합층 열 수지에서 분명합니다. 1년 안에 에어로졸로 인한 냉각은 적도 태평양의 온난화를 가립니다. 실제 SST에 관계없이 태평양을 가로지르는 동서 SST 기울기는 대기 반응을 유도하는 데 도움이 됩니다. 대규모 냉각을 걸러내기 위해 Niño3.4 지역(5°N–5°S, 170°W–120°W)의 SST 이상에서 20°S와 20°N 사이의 평균 SST 이상을 뺍니다. 상대 Niño3.4 SST34를 얻습니다. NW-150Tg에서 7년 동안 적도 태평양을 따라 비정상적으로 따뜻한 상대 SST를 찾습니다. NW-150Tg의 상대적인 Niño3.4 SST는 우리 모델에서 더 높은 진폭의 엘니뇨 현상을 설명하도록 정규화되었을 때에도 1997~1998년과 2015~2016년 엘니뇨 사건의 피크 모두에 대한 SST 응답을 초과합니다. 강한 물리적 해양 반응은 동태평양과 서태평양 사이의 구역 해수면 높이 기울기의 변화로 예시되며, 이는 일반적으로 음수이지만 5Tg 그을음의 경우를 제외한 모든 시뮬레이션에서 양수로 이동합니다. 적도 태평양의 정상적인 순환 패턴은 용승이 차단되고 어떤 경우에는 완전히 역전되기 때문에 완전히 중단됩니다. NW-150Tg에서 남부 진동 지수(SOI)는 6개월 이내에 7개의 표준 편차를 떨어뜨립니다. 16Tg 이상의 그을음이 있는 모든 시뮬레이션에서 Pacific Walker Circulation의 붕괴 속도는 역사적 기록, 통제 실행 또는 CESM Large Ensemble 이전 1200년의 어떤 사건과도 비교할 수 없습니다. 이것은 CESM-WACCM4가 관측치보다 더 강한 ENSO 변동성을 모의하더라도 핵니뇨 반응이 역사적 기록과 모델 기후에서 강제되지 않은 ENSO 변동으로 인해 예상할 수 있는 범위를 훨씬 벗어남을 나타냅니다. 엘니뇨와 유사한 조건의 경향은 화산 폭발을 모델링하는 유사한 작업과 일치하지만 분명히 더 극단적입니다. 초기 ENSO 상태는 화산 폭발 후 ENSO의 진화에도 영향을 미칠 수 있습니다. 모든 핵 시나리오에 대한 초기 조건을 얻은 통제 실행에서는 핵전쟁 시나리오에서 핵니뇨가 시작된 첫해에 라니냐 유사 조건에 중립을 시뮬레이션했습니다. 초기 조건의 영향을 조사하기 위해 5Tg 그을음의 경우 두 가지 추가 앙상블을 사용했습니다. 하나는 중성 조건에서 시작하고 다른 하나는 엘니뇨가 진행 중입니다. 초기 조건에 관계없이 세 앙상블 구성원 모두에서 엘니뇨가 발생하여 적어도 12월,1월,2월까지 지속되었습니다. 진행 중인 엘니뇨의 경우, 그을음 5Tg을 추가하면 대조군에 비해 반응 강도가 25%, 지속 기간이 2개월 향상되었습니다. 우리는 초기 ENSO 상태가 가장 작은 전쟁 시나리오에서도 엘니뇨의 발달에 영향을 미치지만 막지는 못한다고 결론지었습니다. 극단적인 핵니뇨 반응은 단순히 가장 큰 강제력 시나리오에만 국한되지 않습니다. 초기 그을음의 18%만 포함된 27.3 Tg 그을음 케이스는 NW-150Tg의 바람 응답의 60% 이상을 달성합니다. 바람 반응의 강도와 지속 시간은 27.3 Tg 이후에 포화점이 발생하지만 에어로졸 질량 증가와 상관관계가 있습니다. 사건의 피크 동안 27.3 Tg, 37 Tg, 46.8 Tg 그을음 사례는 모두 유사한 표면 바람 응력 강제력을 갖지만, 더 큰 사례는 엘니뇨와 유사한 조건의 지속 기간이 더 깁니다. 5 Tg의 경우 장기간 지속되는 엘니뇨가 없지만 앙상블 평균 동서 바람 응력 강제력은 거의 2년 동안 변칙적으로 서쪽으로 유지됩니다. 감소된 적도 용승은 또한 NW-150Tg에서 거의 7년 동안 태평양에서 약화된 동서 SST 기울기를 유지함으로써 순환 반응 연장에 기여하며, 이는 Niño3.4에 대한 해양 혼합층 열 수지의 큰 양의 수직 이류 항에 의해 입증됩니다. 연장된 지속 기간의 엘니뇨는 또한 서태평양의 깊은 대류 부족과 관련이 있으며, 이는 더 큰 강제 시나리오에서 수년 동안 이 지역에 아노말리한 하강 공기를 허용합니다.