Profesor Tiffany Shaw, profesor, Wydział Geonauk, Uniwersytet w Chicago
Półkula południowa jest bardzo burzliwym miejscem. Wiatry na różnych szerokościach geograficznych zostały opisane jako „ryczące czterdzieści stopni”, „wściekłe pięćdziesiąt stopni” i „wyjące sześćdziesiąt stopni”. Fale osiągają aż 78 stóp (24 metry).
Jak wszyscy wiemy, nic na półkuli północnej nie może się równać z silnymi burzami, wiatrem i falami na półkuli południowej. Dlaczego?
W nowym badaniu opublikowanym w Proceedings of the National Academy of Sciences moi koledzy i ja odkryliśmy, dlaczego burze występują częściej na półkuli południowej niż na północnej.
Łącząc kilka linii dowodów pochodzących z obserwacji, teorii i modeli klimatycznych, nasze wyniki wskazują na fundamentalną rolę globalnych oceanicznych „taśm transportowych” i dużych gór na półkuli północnej.
Pokazujemy również, że z czasem burze na półkuli południowej stały się intensywniejsze, podczas gdy te na półkuli północnej nie. Jest to zgodne z modelowaniem globalnego ocieplenia za pomocą modelu klimatycznego.
Zmiany te są istotne, ponieważ wiemy, że silniejsze burze mogą powodować poważniejsze skutki, takie jak ekstremalne wiatry, temperatury i opady deszczu.
Przez długi czas większość obserwacji pogody na Ziemi wykonywano z lądu. Dało to naukowcom wyraźny obraz burzy na półkuli północnej. Jednak na półkuli południowej, która obejmuje około 20 procent powierzchni lądu, nie uzyskaliśmy wyraźnego obrazu burz, dopóki pod koniec lat 70. nie udostępniono obserwacji satelitarnych.
Z dziesięcioleci obserwacji prowadzonych od początku ery satelitarnej wiemy, że burze na półkuli południowej są o około 24 procent silniejsze niż te na półkuli północnej.
Widać to na poniższej mapie, która przedstawia zaobserwowaną średnią roczną intensywność burz na półkuli południowej (u góry), półkuli północnej (w środku) i różnicę między nimi (u dołu) w latach 1980–2018. (Należy zauważyć, że biegun południowy znajduje się na górze porównania między pierwszą i ostatnią mapą).
Mapa pokazuje stale wysoką intensywność burz na Oceanie Południowym na półkuli południowej i ich koncentrację na Oceanie Spokojnym i Atlantyckim (zacieniowane na pomarańczowo) na półkuli północnej. Mapa różnic pokazuje, że burze są silniejsze na półkuli południowej niż na półkuli północnej (zacieniowanie na pomarańczowo) na większości szerokości geograficznych.
Mimo że istnieje wiele różnych teorii, nikt nie przedstawia jednoznacznego wyjaśnienia różnic w występowaniu burz na obu półkulach.
Znalezienie przyczyn wydaje się trudnym zadaniem. Jak zrozumieć tak złożony system rozciągający się na tysiące kilometrów, jak atmosfera? Nie możemy zamknąć Ziemi w słoiku i jej zbadać. Jednak to właśnie robią naukowcy badający fizykę klimatu. Stosujemy prawa fizyki i wykorzystujemy je do zrozumienia atmosfery i klimatu Ziemi.
Najbardziej znanym przykładem tego podejścia jest pionierska praca dr Shuro Manabe, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2021 r. „za wiarygodną prognozę globalnego ocieplenia”. Jego prognozy opierają się na fizycznych modelach klimatu Ziemi, od najprostszych jednowymiarowych modeli temperatury po w pełni rozwinięte modele trójwymiarowe. Bada reakcję klimatu na rosnące poziomy dwutlenku węgla w atmosferze za pomocą modeli o różnej złożoności fizycznej i monitoruje pojawiające się sygnały z leżących u ich podstaw zjawisk fizycznych.
Aby zrozumieć więcej burz na półkuli południowej, zebraliśmy kilka linii dowodów, w tym dane z modeli klimatycznych opartych na fizyce. W pierwszym kroku badamy obserwacje pod kątem tego, jak energia jest rozprowadzana na Ziemi.
Ponieważ Ziemia jest kulą, jej powierzchnia otrzymuje nierównomiernie promieniowanie słoneczne ze Słońca. Większość energii jest odbierana i absorbowana na równiku, gdzie promienie słoneczne uderzają w powierzchnię bardziej bezpośrednio. Natomiast bieguny, na które światło pada pod ostrym kątem, otrzymują mniej energii.
Dziesięciolecia badań wykazały, że siła burzy pochodzi z tej różnicy energii. Zasadniczo zamieniają „statyczną” energię zgromadzoną w tej różnicy na „kinetyczną” energię ruchu. Ta przemiana zachodzi poprzez proces znany jako „niestabilność baroklinowa”.
Ten pogląd sugeruje, że padające światło słoneczne nie może wyjaśnić większej liczby burz na półkuli południowej, ponieważ obie półkule otrzymują taką samą ilość światła słonecznego. Zamiast tego nasza analiza obserwacyjna sugeruje, że różnica w intensywności burz między południem a północą może wynikać z dwóch różnych czynników.
Po pierwsze, transport energii oceanicznej, często nazywany „taśmą transportową”. Woda opada w pobliżu bieguna północnego, płynie wzdłuż dna oceanu, podnosi się wokół Antarktydy i wraca na północ wzdłuż równika, niosąc ze sobą energię. Końcowym rezultatem jest transfer energii z Antarktydy na biegun północny. Tworzy to większy kontrast energetyczny między równikiem a biegunami na półkuli południowej niż na półkuli północnej, co powoduje silniejsze burze na półkuli południowej.
Drugim czynnikiem są duże góry na półkuli północnej, które, jak sugerowała wcześniejsza praca Manabe, tłumią burze. Prądy powietrza nad dużymi pasmami górskimi tworzą stałe maksima i minima, które zmniejszają ilość energii dostępnej dla burz.
Jednak analiza samych danych obserwowanych nie może potwierdzić tych przyczyn, ponieważ zbyt wiele czynników działa i oddziałuje na siebie jednocześnie. Ponadto nie możemy wykluczyć poszczególnych przyczyn, aby przetestować ich znaczenie.
Aby to zrobić, musimy posłużyć się modelami klimatycznymi i zbadać, w jaki sposób burze zmieniają się po usunięciu różnych czynników.
Gdy wygładziliśmy góry Ziemi w symulacji, różnica w intensywności burz między półkulami zmniejszyła się o połowę. Gdy usunęliśmy taśmociąg oceaniczny, druga połowa różnicy burz zniknęła. Tak więc po raz pierwszy odkrywamy konkretne wyjaśnienie burz na półkuli południowej.
Ponieważ burze wiążą się z poważnymi skutkami społecznymi, takimi jak ekstremalne wiatry, temperatury i opady, najważniejszym pytaniem, na które musimy odpowiedzieć, jest to, czy przyszłe burze będą silniejsze, czy słabsze.
Otrzymuj wybrane streszczenia wszystkich kluczowych artykułów i prac z Carbon Brief pocztą e-mail. Dowiedz się więcej o naszym newsletterze tutaj.
Otrzymuj wybrane streszczenia wszystkich kluczowych artykułów i prac z Carbon Brief pocztą e-mail. Dowiedz się więcej o naszym newsletterze tutaj.
Kluczowym narzędziem w przygotowywaniu społeczeństw do radzenia sobie ze skutkami zmiany klimatu jest dostarczanie prognoz opartych na modelach klimatycznych. Nowe badanie sugeruje, że średnie burze na półkuli południowej staną się intensywniejsze pod koniec stulecia.
Przeciwnie, przewiduje się, że zmiany w średniej rocznej intensywności burz na półkuli północnej będą umiarkowane. Wynika to częściowo z konkurujących efektów sezonowych między ociepleniem w tropikach, które sprawia, że ​​burze są silniejsze, a szybkim ociepleniem w Arktyce, które sprawia, że ​​są słabsze.
Jednak klimat tutaj i teraz się zmienia. Kiedy przyjrzymy się zmianom w ciągu ostatnich kilku dekad, zauważymy, że średnie burze stały się intensywniejsze w ciągu roku na półkuli południowej, podczas gdy zmiany na półkuli północnej były nieznaczne, co jest zgodne z przewidywaniami modeli klimatycznych na ten sam okres.
Chociaż modele niedoszacowują sygnału, wskazują na zmiany zachodzące z tych samych przyczyn fizycznych. Mianowicie zmiany w oceanie zwiększają liczbę burz, ponieważ cieplejsza woda przemieszcza się w kierunku równika, a zimniejsza woda jest wynoszona na powierzchnię wokół Antarktydy, aby ją zastąpić, co powoduje silniejszy kontrast między równikiem a biegunami.
Na półkuli północnej zmiany oceanów są kompensowane utratą lodu morskiego i śniegu, co sprawia, że ​​Arktyka pochłania więcej światła słonecznego i osłabia kontrast między równikiem a biegunami.
Stawka uzyskania właściwej odpowiedzi jest wysoka. Ważne będzie dla przyszłych prac ustalenie, dlaczego modele niedoszacowują obserwowanego sygnału, ale równie ważne będzie uzyskanie właściwej odpowiedzi z właściwych przyczyn fizycznych.
Xiao, T. i in. (2022) Burze na półkuli południowej spowodowane ukształtowaniem terenu i cyrkulacją oceaniczną, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Otrzymuj wybrane streszczenia wszystkich kluczowych artykułów i prac z Carbon Brief pocztą e-mail. Dowiedz się więcej o naszym newsletterze tutaj.
Otrzymuj wybrane streszczenia wszystkich kluczowych artykułów i prac z Carbon Brief pocztą e-mail. Dowiedz się więcej o naszym newsletterze tutaj.
Opublikowano na licencji CC. Możesz reprodukować nieadaptowany materiał w całości do użytku niekomercyjnego z linkiem do Carbon Brief i linkiem do artykułu. Skontaktuj się z nami w celu użytku komercyjnego.