Profesor Tiffany Shaw, profesor, Wydział Nauk o Ziemi, Uniwersytet w Chicago
Półkula południowa to bardzo burzliwe miejsce. Wiatry na różnych szerokościach geograficznych opisywane są jako „ryczące czterdzieści stopni”, „wściekłe pięćdziesiąt stopni” i „wyjące sześćdziesiąt stopni”. Fale osiągają zawrotną wysokość 24 metrów.
Jak wszyscy wiemy, nic na półkuli północnej nie dorównuje gwałtownym burzom, wiatrom i falom na półkuli południowej. Dlaczego?
W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences moi koledzy i ja odkryliśmy, dlaczego burze zdarzają się częściej na półkuli południowej niż na północnej.
Łącząc szereg dowodów pochodzących z obserwacji, teorii i modeli klimatycznych, nasze wyniki wskazują na fundamentalną rolę globalnych oceanicznych „taśm transportowych” i dużych gór na półkuli północnej.
Wykazaliśmy również, że z czasem burze na półkuli południowej stawały się coraz intensywniejsze, podczas gdy na półkuli północnej nie. Jest to zgodne z modelami klimatycznymi globalnego ocieplenia.
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 prowadzono z lądu. Dzięki temu naukowcy mieli wyraźny obraz burz na półkuli północnej. Jednak na półkuli południowej, która zajmuje około 20 procent powierzchni lądu, nie uzyskaliśmy wyraźnego obrazu burz, dopóki pod koniec lat 70. XX wieku nie pojawiły się obserwacje satelitarne.
Z dziesięcioleci obserwacji prowadzonych od początku ery satelitarnej wiemy, że burze na półkuli południowej są o około 24 procent silniejsze niż na półkuli północnej.
Widać to na poniższej mapie, która przedstawia zaobserwowaną średnią roczną intensywność burz dla 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 przedstawia stale wysoką intensywność burz na Oceanie Południowym na półkuli południowej oraz ich koncentrację w Oceanie Spokojnym i Atlantyckim (zacieniowane na pomarańczowo) na półkuli północnej. Mapa różnic pokazuje, że burze są silniejsze na półkuli południowej niż na półkuli północnej (zacieniowane 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 zbadać jej. Jednak właśnie tym zajmują się 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 w 2021 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki „za wiarygodne prognozowanie globalnego ocieplenia”. Prognozy te opierają się na fizycznych modelach klimatu Ziemi, od najprostszych jednowymiarowych modeli temperatury po w pełni rozwinięte modele trójwymiarowe. Badania te polegają na badaniu reakcji klimatu na wzrost poziomu dwutlenku węgla w atmosferze za pomocą modeli o zróżnicowanej złożoności fizycznej i monitorowaniu sygnałów pochodzących z leżących u ich podstaw zjawisk fizycznych.
Aby lepiej zrozumieć zjawiska burzowe na półkuli południowej, zebraliśmy szereg dowodów, w tym dane z modeli klimatycznych opartych na fizyce. W pierwszym kroku analizujemy obserwacje pod kątem rozkładu energii na Ziemi.
Ponieważ Ziemia jest kulą, jej powierzchnia otrzymuje nierównomiernie promieniowanie słoneczne. Większość energii jest odbierana i absorbowana na równiku, gdzie promienie słoneczne padają na powierzchnię bardziej bezpośrednio. Natomiast bieguny, na które światło pada pod ostrym kątem, otrzymują mniej energii.
Dziesięciolecia badań wykazały, że siła burzy wynika z tej różnicy energii. Zasadniczo burze przekształcają „statyczną” energię zmagazynowaną w tej różnicy w „kinetyczną” energię ruchu. To przejście zachodzi w procesie znanym jako „niestabilność baroklinowa”.
Ten pogląd sugeruje, że padające światło słoneczne nie może wyjaśniać 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 po dnie 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. Powoduje 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 sugerowały wcześniejsze prace Manabe, tłumią burze. Prądy powietrza nad dużymi pasmami górskimi tworzą stałe maksima i minima, które zmniejszają ilość energii dostępnej dla burz.
Jednak sama analiza danych obserwowanych nie może potwierdzić tych przyczyn, ponieważ zbyt wiele czynników działa i oddziałuje na siebie jednocześnie. Nie możemy również wykluczyć poszczególnych przyczyn, aby zbadać ich znaczenie.
Aby to zrobić, musimy posłużyć się modelami klimatycznymi, aby zbadać, w jaki sposób burze zmieniają się, gdy usuniemy pewne czynniki.
Kiedy w symulacji wygładziliśmy góry Ziemi, różnica w intensywności burz między półkulami zmniejszyła się o połowę. Po usunięciu oceanicznej taśmy produkcyjnej, druga połowa różnicy w intensywności burz zniknęła. 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, najważniejszym pytaniem, na które musimy odpowiedzieć, jest to, czy przyszłe burze będą silniejsze czy słabsze.
Otrzymuj e-mailem wyselekcjonowane streszczenia wszystkich najważniejszych artykułów i opracowań z Carbon Brief. Dowiedz się więcej o naszym newsletterze tutaj.
Otrzymuj e-mailem wyselekcjonowane streszczenia wszystkich najważniejszych artykułów i opracowań z Carbon Brief. Dowiedz się więcej o naszym newsletterze tutaj.
Kluczowym narzędziem w przygotowaniu społeczeństw do radzenia sobie ze skutkami zmian klimatu jest dostarczanie prognoz opartych na modelach klimatycznych. Nowe badanie sugeruje, że średnie burze na półkuli południowej staną się intensywniejsze pod koniec stulecia.
Wręcz 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 strefie tropikalnej, które powoduje, że burze są silniejsze, a gwałtownym ociepleniem w Arktyce, które je osłabia.
Jednak klimat zmienia się tu i teraz. Analizując zmiany w ciągu ostatnich kilku dekad, zauważamy, że średnie burze stały się intensywniejsze w ciągu roku na półkuli południowej, podczas gdy zmiany na półkuli północnej były nieznaczne, co jest zgodne z prognozami modeli klimatycznych dla tego samego okresu.
Chociaż modele zaniżają wartość sygnału, wskazują one na zmiany zachodzące z tych samych przyczyn fizycznych. Mianowicie, zmiany w oceanie zwiększają częstotliwość występowania burz, ponieważ cieplejsza woda przemieszcza się w kierunku równika, a chłodniejsza 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 za uzyskanie prawidłowej odpowiedzi jest wysoka. W przyszłych badaniach istotne będzie ustalenie, dlaczego modele niedoszacowują obserwowanego sygnału, ale równie ważne będzie uzyskanie prawidłowej 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 e-mailem wyselekcjonowane streszczenia wszystkich najważniejszych artykułów i opracowań z Carbon Brief. Dowiedz się więcej o naszym newsletterze tutaj.
Otrzymuj e-mailem wyselekcjonowane streszczenia wszystkich najważniejszych artykułów i opracowań z Carbon Brief. Dowiedz się więcej o naszym newsletterze tutaj.
Opublikowano na licencji CC. Możesz reprodukować niezaadaptowany materiał w całości do użytku niekomercyjnego, podając link do Carbon Brief i link do artykułu. W sprawie użytku komercyjnego prosimy o kontakt.