Profesor Tiffany Shaw, profesor Wydziału Nauk o Ziemi, University of Chicago
Półkula południowa to bardzo burzliwe miejsce.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 wraz z moimi współpracownikami odkrywamy, dlaczego burze są częstsze na półkuli południowej niż na północnej.
Łącząc kilka linii dowodów z obserwacji, teorii i modeli klimatycznych, nasze wyniki wskazują na fundamentalną rolę globalnych oceanicznych „pasów transmisyjnych” i dużych gór na półkuli północnej.
Pokazujemy również, że z biegiem czasu burze na półkuli południowej stały się bardziej intensywne, podczas gdy na półkuli północnej nie.Jest to zgodne z modelowaniem klimatycznym globalnego ocieplenia.
Zmiany te mają znaczenie, ponieważ wiemy, że silniejsze burze mogą prowadzić do poważniejszych skutków, takich jak ekstremalne wiatry, temperatury i opady deszczu.
Przez długi czas większość obserwacji pogody na Ziemi dokonywano z lądu.Dało to naukowcom jasny obraz burzy na półkuli północnej.Jednak na półkuli południowej, która obejmuje około 20 procent lądu, nie otrzymaliśmy wyraźnego obrazu burz, dopóki obserwacje satelitarne nie stały się dostępne pod koniec lat siedemdziesiątych.
Z dziesięcioleci obserwacji od początku ery satelitarnej wiemy, że burze na półkuli południowej są o około 24 procent silniejsze niż te na półkuli północnej.
Pokazano to na poniższej mapie, która pokazuje zaobserwowaną średnią roczną intensywność burz na półkuli południowej (u góry), półkuli północnej (w środku) oraz różnicę między nimi (na dole) w latach 1980-2018. (Zwróć uwagę, że biegun południowy znajduje się na na górze porównania między pierwszą a ostatnią mapą.)
Mapa przedstawia utrzymującą się wysoką intensywność burz na Oceanie Południowym na półkuli południowej oraz ich koncentrację na Pacyfiku i Oceanie Atlantyckim (zacienione na pomarańczowo) na półkuli północnej.Mapa różnic pokazuje, że burze są silniejsze na półkuli południowej niż na półkuli północnej (pomarańczowe cieniowanie) na większości szerokości geograficznych.
Chociaż istnieje wiele różnych teorii, nikt nie oferuje ostatecznego wyjaśnienia różnicy w burzach między dwiema półkulami.
Znalezienie przyczyn wydaje się trudnym zadaniem.Jak zrozumieć tak złożony system rozciągający się na tysiące kilometrów jak atmosfera?Nie możemy włożyć Ziemi do słoika i ją badać.Jednak właśnie tym zajmują się naukowcy badający fizykę klimatu.Stosujemy prawa fizyki i wykorzystujemy je do zrozumienia atmosfery i klimatu Ziemi.
Najbardziej znanym przykładem takiego podejścia jest pionierska praca dr Shuro Manabe, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2021 r. „za wiarygodną prognozę globalnego ocieplenia”.Jego przewidywania opierają się na fizycznych modelach klimatu Ziemi, począwszy od najprostszych jednowymiarowych modeli temperatury, a skończywszy na pełnoprawnych modelach trójwymiarowych.Bada reakcję klimatu na rosnące poziomy dwutlenku węgla w atmosferze za pomocą modeli o różnej złożoności fizycznej i monitoruje pojawiające się sygnały z podstawowych zjawisk fizycznych.
Aby zrozumieć więcej burz na półkuli południowej, zebraliśmy kilka linii dowodów, w tym dane z modeli klimatycznych opartych na fizyce.W pierwszym etapie badamy obserwacje dotyczące dystrybucji energii na Ziemi.
Ponieważ Ziemia jest kulą, jej powierzchnia nierównomiernie otrzymuje promieniowanie słoneczne od Słońca.Większość energii jest odbierana i pochłaniana na równiku, gdzie promienie słoneczne padają na powierzchnię bardziej bezpośrednio.Natomiast słupy, w które światło uderza pod ostrymi kątami, otrzymują mniej energii.
Dziesięciolecia badań wykazały, że siła burzy wynika z różnicy energii.Zasadniczo przekształcają energię „statyczną” zmagazynowaną w tej różnicy w „kinetyczną” energię ruchu.To przejście zachodzi w procesie znanym jako „niestabilność barokliniczna”.
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 „przenośnikiem taśmowym”.Woda opada w pobliżu bieguna północnego, płynie wzdłuż dna oceanu, unosi się wokół Antarktydy i płynie z powrotem na północ wzdłuż równika, niosąc ze sobą energię.Efektem końcowym jest transfer energii z Antarktydy na Biegun Północny.Stwarza to większy kontrast energetyczny między równikiem a biegunami na półkuli południowej niż na półkuli północnej, co skutkuje silniejszymi burzami 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 wzloty i upadki, które zmniejszają ilość energii dostępnej dla burz.
Jednak sama analiza obserwowanych danych nie może potwierdzić tych przyczyn, ponieważ zbyt wiele czynników działa i oddziałuje na siebie jednocześnie.Nie możemy też wykluczyć poszczególnych przyczyn, aby sprawdzić ich znaczenie.
Aby to zrobić, musimy wykorzystać modele klimatyczne do zbadania, jak zmieniają się burze po usunięciu różnych czynników.
Kiedy w symulacji wygładziliśmy góry na Ziemi, różnica w intensywności burz między półkulami zmniejszyła się o połowę.Kiedy usunęliśmy taśmę transmisyjną oceanu, zniknęła druga połowa różnicy między sztormami.W ten sposób 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, ważnym pytaniem, na które musimy odpowiedzieć, jest to, czy przyszłe burze będą silniejsze, czy słabsze.
Otrzymuj wyselekcjonowane streszczenia wszystkich kluczowych artykułów i dokumentów z Carbon Brief pocztą elektroniczną.Dowiedz się więcej o naszym biuletynie tutaj.
Otrzymuj wyselekcjonowane streszczenia wszystkich kluczowych artykułów i dokumentów z Carbon Brief pocztą elektroniczną.Dowiedz się więcej o naszym biuletynie tutaj.
Kluczowym narzędziem w przygotowaniu społeczeństw do radzenia sobie ze skutkami zmian klimatycznych jest dostarczanie prognoz opartych na modelach klimatycznych.Nowe badanie sugeruje, że średnie burze na półkuli południowej staną się bardziej intensywne pod koniec stulecia.
Wręcz przeciwnie, przewiduje się, że zmiany średniej rocznej intensywności burz na półkuli północnej będą umiarkowane.Wynika to częściowo z konkurujących efektów sezonowych między ociepleniem w tropikach, które powoduje silniejsze burze, a szybkim ociepleniem w Arktyce, które je osłabia.
Jednak klimat tu i teraz się zmienia.Kiedy przyjrzymy się zmianom w ciągu ostatnich kilku dekad, stwierdzimy, że średnie burze stały się bardziej intensywne w ciągu roku na półkuli południowej, podczas gdy zmiany na półkuli północnej były znikome, zgodnie z przewidywaniami modelu klimatycznego w tym samym okresie .
Chociaż modele zaniżają sygnał, wskazują zmiany zachodzące z tych samych przyczyn fizycznych.Oznacza to, że zmiany w oceanie zwiększają liczbę burz, ponieważ cieplejsza woda przesuwa się w kierunku równika, a zimniejsza woda jest dostarczana na powierzchnię wokół Antarktydy, aby ją zastąpić, co skutkuje silniejszym kontrastem między równikiem a biegunami.
Na półkuli północnej zmiany w oceanach są równoważone przez utratę lodu morskiego i śniegu, co powoduje, że Arktyka pochłania więcej światła słonecznego i osłabia kontrast między równikiem a biegunami.
Stawka uzyskania właściwej odpowiedzi jest wysoka.W przyszłych pracach ważne będzie ustalenie, dlaczego modele zaniżają obserwowany sygnał, 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 oceanów, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Otrzymuj wyselekcjonowane streszczenia wszystkich kluczowych artykułów i dokumentów z Carbon Brief pocztą elektroniczną.Dowiedz się więcej o naszym biuletynie tutaj.
Otrzymuj wyselekcjonowane streszczenia wszystkich kluczowych artykułów i dokumentów z Carbon Brief pocztą elektroniczną.Dowiedz się więcej o naszym biuletynie tutaj.
Opublikowane na licencji CC.Możesz reprodukować nieprzystosowany materiał w całości do użytku niekomercyjnego z linkiem do Carbon Brief i linkiem do artykułu.Prosimy o kontakt do użytku komercyjnego.