Varje sommar, en klimatförändring ger ihållande vind och regn till stora delar av Sydostasien, i form av en säsongsbetonad monsun. Den allmänna orsaken till monsunen är en ökande temperaturskillnad mellan det värmande landet och det relativt svala havet. Men för det mesta, styrkan och tidpunkten för monsunen, som miljontals bönder är beroende av varje år, är otroligt svårt att förutsäga.

Nu har MIT -forskare funnit att ett samspel mellan atmosfäriska vindar och havsvattnet söder om Indien har ett stort inflytande över styrkan och tidpunkten för den sydasiatiska monsunen.

Deras resultat, publicerad idag i Journal of Climate , visa att när sommartid solen värmer upp den indiska subkontinenten, det sparkar också upp starka vindar som sveper över Indiska oceanen och upp över den sydasiatiska landmassan. När dessa vindar kör norrut, de driver också havets vatten söderut, ungefär som en löpare som trycker mot ett löpbandets bälte. Forskarna fann att dessa sydströmmande vatten verkar för att transportera värme tillsammans med dem, kyla havet och i själva verket öka temperaturgradienten mellan land och hav.

De säger att denna havsvärmetransportmekanism kan vara en ny knopp för att styra den säsongsbetonade sydasiatiska monsunen, liksom andra monsunsystem runt om i världen.

"Det vi hittar är, havets svar spelar en stor roll för att modulera monsunens intensitet, "säger John Marshall, Cecil och Ida Green professor i oceanografi vid MIT. "Att förstå havets svar är avgörande för att förutsäga monsunen."

Marshalls medförfattare på tidningen är huvudförfattaren Nicholas Lutsko, en postdoc i MIT:s Department of Earth, Atmosfärisk, och planetvetenskap, och Brian Green, en tidigare doktorand i Marshalls grupp som nu är vid University of Washington.

Fukt och skift

Forskare har traditionellt fokuserat på Himalaya som en viktig påverkare av den sydasiatiska monsunen. Man tror att den massiva bergsryggen fungerar som en barriär mot kalla vindar som blåser in från norr, isolera den indiska subkontinenten i en varm kokong och öka sommartidens temperaturskillnad mellan land och hav.

"Innan, människor trodde att Himalaya var nödvändigt för att ha ett monsunsystem, "Säger Lutsko." När människor blev av med dem i simuleringar, det var ingen monsun. Men dessa modeller kördes utan hav. "

Lutsko och Marshall misstänkte att om de skulle utveckla en modell av monsunen som inkluderade havets dynamik, dessa effekter skulle minska monsunens intensitet. Deras aning baserades på tidigare arbete där Marshall och hans kollegor fann att vinddriven havscirkulation minimerade skiftningar i Inter Tropical Convergence Zone, eller ITCZ, ett atmosfäriskt bälte nära ekvatorn som vanligtvis producerar dramatiska åskväder över stora områden. Denna breda zon av atmosfärisk turbulens är känd för att skifta säsongsmässigt mellan norra och södra halvklotet, och Marshall fann att havet spelar en roll för att korralera dessa skift.

"Baserat på idén om havet som dämpar ITCZ ​​-skiftningarna, vi trodde att havet också skulle dämpa monsunen, "Säger Marshall." Men det visar sig att det faktiskt stärker monsunen. "

Att se förbi ett berg

Forskarna kom till denna oväntade slutsats efter att ha tagit fram en enkel simulering av ett monsunsystem, börjar med en numerisk modell som simulerar atmosfärens grundläggande fysik över en "vattenplanet" - en värld helt täckt av ett hav. Teamet lade till en solid, rektangulär massa till havet för att representera en enkel landmassa. De varierade sedan mängden solljus över den simulerade planeten, för att efterlikna säsongens cykler av insolation, eller solljus, och simulerade också vindar och regn som följer av dessa säsongsbetonade temperaturförändringar.

De utförde dessa simuleringar under olika scenarier, inklusive en där havet var statiskt och orörligt, och en annan där havet fick cirkulera och reagera på atmosfäriska vindar. De observerade att vindar som blåste mot landet fick havets vatten att flöda i motsatt riktning, transporterar värme från vattnet närmast landet. Denna vind/hav -interaktion hade en signifikant effekt på varje monsun som bildades över landet:ju starkare detta samspel, eller koppling mellan vindar och hav, desto större skillnad i land- och havstemperatur, och desto starkare intensitet den efterföljande monsunen.

Intressant, deras modell innehöll inte någon form av Himalaya -struktur; ändå, de kunde fortfarande producera en monsun helt enkelt av effekten av havet och vindarna.

"Vi hade till en början en bild som vi inte kunde göra en monsun utan Himalaya, som var den etablerade visdomen, "Säger Lutsko." Men i vår modell, vi hade ingen sådan barriär, och vi kunde fortfarande generera en monsun, och vi var glada över det. "

I sista hand, deras arbete kan hjälpa till att förklara varför den sydasiatiska monsunen är ett av de starkaste monsunsystemen i världen. Kombinationen av Himalaya i norr, som verkar för att värma upp landet, och havet i söder, som tar värme bort från närliggande vatten, sätter upp en extrem temperaturgradient för en av de mest intensiva, ihållande monsuner på planeten.

"En anledning till att den sydasiatiska monsunen är så stark är att det är denna stora barriär i norr som håller landet varmt, och det finns ett hav i söder som kyler, så det är perfekt beläget för att vara riktigt starkt, "Säger Lutsko.

I framtida arbete, forskarna planerar att tillämpa sina nyfunna observationer av havets roll för att tolka variationer i monsunerna mycket längre tillbaka i tiden.

"Det som är intressant för mig är under tider då det norra halvklotet var mycket kallare, du ser en kollaps av monsunsystemet, "Lutsko säger." Folk vet inte varför det händer. Men vi känner att vi kan förklara detta, använder vår minimala modell. "

Forskarna tror också att deras nya, havsbaserad förklaring till att generera monsuner kan hjälpa klimatmodellerare att förutsäga hur, till exempel, monsuncykeln kan förändras som svar på uppvärmningen av havet på grund av klimatförändringar.

"Vi säger att du måste förstå hur havet reagerar om du vill förutsäga monsunen, "Lutsko säger." Du kan inte bara fokusera på marken och atmosfären. Havet är nyckeln. "

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.