Пыльные бури являются важной частью глобального пылевого цикла. Например, атмосферная пыль потенциально влияет на радиационный баланс и химический состав атмосферы и может снабжать питательными веществами наземные и морские экосистемы. Пыль может также способствовать деградации земель, приводя к экономическим потерям, сокращению биологического разнообразия и социальным трудностям, в то время как непосредственные последствия включают неблагоприятное воздействие на здоровье человека и нарушение работы транспорта на местах в результате ухудшения видимости.
Первым пространственным исследованием частотности пыльных бурь над Австралией был Middleton, который в 1984 году обнаружил, что наибольшая частота пыльных бурь наблюдается в центре Австралии, где в среднем 10,8 случаев в Алис-Спрингс и максимум 65 случаев в год. В предыдущих исследованиях изучались ветровые режимы, связанные с австралийскими пыльными бурями.
Например, Ekstrom и другие в 2004 году определили, что с сентября по февраль пыльные бури над континентальной Австралией, скорее всего, контролируются временем не оседающих холодных фронтов над южной и центральной Австралией. Они пришли к выводу, что возникновение пыльных бурь связано с тем, в какой степени гребень от субтропического побережья Индийского океана доминирует над Великой Австралийской бухтой (ВАБ). Более западное смещение высокого давления в ВАБ позволяет холодным фронтам проникать на континент и увеличивает вероятность возникновения пыльных бурь.
Lamb и другие отметили снижение частоты пыльных бурь в сентябре-феврале над центральной частью Восточной Австралии с середины 1970-х годов в контексте общетихоокеанской климатической системы. Они показали, что пылевые колебания связаны локально с усилением, а затем и ослаблением южного компонента низкоуровневого тропосферного ветра над пылеопасной областью.
Leslie и Speer в 2006г. обнаружили, что из 55 пыльных бурь, произошедших в период с января 1995 года по февраль 2005 года над центральной частью Восточной Австралии, 43 были связаны с холодными фронтами. Из этих 43 фронтов 24 были вложены в зональные вестерны, остальные 19 образовались в результате холодных фронтов над Восточной Австралией, где системы высокого давления над ГАМС породили сильные постфронтальные южные и юго-восточные ветры. Это ставит под сомнение большую долю западноиндуцированной пыли, чем южноиндуцированной в период с 1995 по 2005 год, учитывая, что до середины 1970-х годов преобладал южный ветер.
Основная цель этого исследования заключается в том, чтобы подчеркнуть сильное влияние изменений циркуляции тропосферы в Тихоокеанской климатической системе и связанных с этим синоптических характеристик на частоту пыльных бурь и их воздействие на центральную часть Восточной Австралии до середины 1970-х годов по сравнению с периодом после середины 1970-х годов.
Наблюдения за пылью
Включение наблюдений за пылью, проводимых Австралийским метеорологическим бюро (МБ), в настоящее исследование охватывает период с сентября по февраль 1957/58 года и по 2010/11 год. За этот период произошли некоторые важные изменения в практике наблюдения за пылью в МБ.
В 1957 году, в Международный геофизический год, было начато постепенное увеличение числа станций МБ по всей Австралии. 12 станций МБ имеют полные записи за весь период исследований, за исключением станции Дуббо после 1999 г. и станции Булия после 2001 г. В середине 1970-х годов в масштабах всего Тихого океана произошло изменение климата, о котором сообщили несколько авторов (Lamb, Trenberth и Hurrell 1994).
Методология
Область интереса определена как бассейн дренирования озера Эйр в центральной части Восточной Австралии, который является основным источником пыли в восточной части Австралии. В данном исследовании день запыленности определяется, когда одна из 12 станций МБ, охватывающих центральную часть Восточной Австралии в районе источника в бассейне озера Эйр, сообщает о синоптическом наблюдении с кодом запыленности.
Другими словами, если хотя бы одна станция сообщала о пыли в одно из обычных суточных синоптических отчетных периодов, то она включалась в отчет как происшествие. Каждый день наблюдений пыли на 12 станциях учета с сентября по февраль 1957-58 гг. и с сентября по февраль 2010-11 гг. были затем классифицированы из архивов МСЛП МБ как южные, если из-за высокого давления в ВАБ фронтальный ветер сменился на южный, западный. Или если фронтальная система в ВАБ была встроена либо в зональный западный ветер, либо само низкое давление было связано с ВАБ, или в местный, если не было зарегистрировано сильным.
Круговые диаграммы направления ветра от четырех станций показывают, что южные пылевые явления над Восточной Австралией (сентябрь - февраль) уменьшились после климатического сдвига середины 1970-х годов и что соответствующие частоты пыли для четырех отдельных станций действительно отражают эти частоты для 12 показанных станций.
Изменения в кодексах наблюдения за пыльными бурями с 1973 г. вряд ли могли стать основным фактором их снижения после середины 1970-х гг. Скорее всего, одним из основных факторов, обусловивших значительное снижение уровня запыленности в период 1973-1976 годов в дополнение к другим периодам Эль-Нинья (2000-01 годы и 2010-2011 годы), были годы сильных осадков.
Пыльные бури, возникающие в результате синоптических среднеширотных фронтальных систем, воздействуют на внутренние районы Восточной Австралии преимущественно весной/ранним летом, но распространяются на восточное побережье лишь в редких случаях, когда сильные западные ветры, пересекающие континент, ощущаются на побережье. Эти экстремальные явления западной пыли ветра аномальны по отношению к более распространенным явлениям южной пыли ветра, которые формируют песчаные дюны над центральной частью восточной части Австралии. Поэтому изменение частоты пылевых бурь, затрагивающих густонаселенный восточный берег, подвержено изменениям в небольшом числе экстремальных явлений.
Поскольку общее количество осадков в районе источника пыли в бассейне озера Эйр обычно невелико, основными климатическими факторами, влияющими на широкомасштабные пыльные бури в Восточной Австралии, являются, как уже отмечалось в предыдущих исследованиях, предшествующие засушливые условия, связанные в основном с эпизодами Эль-Ниньо.
Однако было показано, что, несмотря на важность предшествующих засушливых условий, фронтальные системы синоптического масштаба, приводящие к переносу пыли над восточным побережьем, встречаются как в отрицательную, так и в положительную фазу южного кольцевого режима. Этот вывод согласуется с тем фактом, что среднеширотные западные широты обычно наиболее сильны на своих самых экваториальных долготах в Австралии в конце зимы/весной.
Было также показано, что состояние Тихоокеанской климатической системы имеет важное значение для определения более высокой частоты пыльных бурь в период до середины 1970-х годов, предшествовавший периоду доминирования Эль-Нинья, в результате аномалий, вызванных более сильными южными переносчиками ветра, чем сейчас.
Стабильная общая частота вызванных западным ветром пыльных бурь весной/летом над центральной и восточной Австралией в течение этих двух периодов позволяет предположить, что со временем их частота практически не изменится, даже если ожидается дальнейшее сокращение сезонных западных ветров в условиях усиливающегося глобального потепления.
Однако осложняющим фактором является то, что увеличение вероятности более продолжительных периодов засухи в условиях изменения климата будет означать сокращение растительности в течение более длительных периодов времени в подверженном пыли районе источника в бассейне озера Эйр, что может усугубить воздействие пылевых бурь. Более того, более продолжительные периоды засухи в течение года повысят риск более частых западных пыльных бурь в другие сезоны (осень/зима), когда могут также возникать сильные, западные фронтальные системы.