Profesor Tiffany Shaw, profesor, Wydział Geosciences, University of Chicago
Południowa półkula jest bardzo burzliwym miejscem. Wiatry na różnych szerokościach geograficznych zostały opisane jako „ryczące czterdzieści stopni”, „wściekłe pięćdziesiąt stopni” i „krzyczące sześćdziesiąt stopni”. Fale osiągają ogromne 78 stóp (24 metry).
Jak wszyscy wiemy, nic na półkuli północnej nie może pasować do silnych burz, wiatru i fal na półkuli południowej. Dlaczego?
W nowym badaniu opublikowanym w Proceedings of National Academy of Sciences moi koledzy i ja odkryliśmy, dlaczego burze występują częściej na półkuli południowej niż na północnej.
Łącząc kilka linii dowodów z obserwacji, teorii i modeli klimatycznych, nasze wyniki wskazują na podstawową rolę globalnych oceanicznych „przenośników” i dużych gór na półkuli północnej.
Pokazujemy również, że z czasem burze na półkuli południowej stały się bardziej intensywne, podczas gdy osoby na półkuli północnej nie. Jest to zgodne z modelowaniem modelu klimatycznego globalnego ocieplenia.
Zmiany te mają znaczenie, ponieważ wiemy, że silniejsze burze mogą prowadzić do silniejszych uderzeń, takich jak ekstremalne wiatry, temperatury i opady deszczu.
Przez długi czas większość obserwacji pogody na Ziemi pochodziła z lądu. To dało naukowcom jasny obraz burzy na półkuli północnej. Jednak na półkuli południowej, która obejmuje około 20 procent ziemi, nie otrzymaliśmy wyraźnego obrazu burz, dopóki obserwacje satelitarne nie stały się dostępne pod koniec lat siedemdziesiątych.
Od dziesięcioleci obserwacji od początku ery satelitarnej wiemy, że burze na półkuli południowej są około 24 procent silniejsze niż na półkuli północnej.
Jest to pokazane na poniższej mapie, która pokazuje zaobserwowaną średnią roczną intensywność burzy dla półkuli południowej (górna), półkuli północnej (środkowa) i różnicy między nimi (dolną) w latach 1980–2018.
Mapa pokazuje uporczywie wysoką intensywność burz na Oceanie Południowym na półkuli południowej oraz ich stężenie na Oceanach Pacyfiku i Atlantyckich (zacienione w pomarańczowej półkuli) na półkuli północnej. Mapa różnicy 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 być trudnym zadaniem. Jak zrozumieć taki złożony system obejmujący tysiące kilometrów jak atmosfera? Nie możemy włożyć Ziemi w słoiku i przestudiować ją. Właśnie to właśnie robią naukowcy, którzy badają fizykę klimatu. Stosujemy prawa fizyki i używamy ich do zrozumienia atmosfery i klimatu Ziemi.
Najbardziej znanym przykładem tego podejścia jest pionierskie dzieło dr Shuro Manabe, który otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki 2021 „za niezawodne przewidywanie globalnego ocieplenia”. Jego prognozy oparte są na fizycznych modelach klimatu Ziemi, od najprostszych jednowymiarowych modeli temperatury po pełnoprawne modele trójwymiarowe. Bada odpowiedź klimatu na rosnące poziomy dwutlenku węgla w atmosferze poprzez modele o różnej złożoności fizycznej i monitorowania wyłaniających się sygnałów 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 pod względem rozkładu energii na ziemi.
Ponieważ Ziemia jest kulą, jej powierzchnia nie dodaje promieniowania słonecznego od słońca. Większość energii jest odbierana i wchłaniana na równiku, gdzie promienie słoneczne uderzają w powierzchnię bardziej bezpośrednio. W przeciwieństwie do tego biegunki, które światło uderza pod stromymi kątami, otrzymują mniej energii.
Dziesięciolecia badań wykazały, że siła burzy wynika z tej różnicy energii. Zasadniczo przekształcają „statyczną” energię przechowywaną w tej różnicy w „kinetyczną” energię ruchu. To przejście odbywa się w procesie znanym jako „niestabilność barokliniczna”.
Ten pogląd sugeruje, że incydent słoneczny 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 burzy między południem a północnym może wynikać z dwóch różnych czynników.
Po pierwsze, transport energii oceanicznej, często określany jako „przenośnik pasa”. Woda tonie w pobliżu bieguna północnego, przepływa wzdłuż dna oceanu, wznosi się wokół Antarktydy i przepływa z powrotem na północ wzdłuż równika, niosąc ze sobą energię. Rezultatem końcowym jest przeniesienie energii z Antarktydy na biegun północny. Stwarza 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 sugerowały wcześniejsze prace Manabe, tłumią burze. Prądy powietrzne na dużych pasmach górskich tworzą stałe wzloty i upadki, które zmniejszają ilość energii dostępnej na burze.
Jednak sama analiza obserwowanych danych nie może potwierdzić tych przyczyn, ponieważ zbyt wiele czynników działa i oddziałuje jednocześnie. Nie możemy również wykluczyć indywidualnych przyczyn testowania ich znaczenia.
Aby to zrobić, musimy zastosować modele klimatyczne, aby zbadać, jak zmieniają się burze, gdy usunięto różne czynniki.
Kiedy wygładziliśmy góry Ziemi w symulacji, różnica w intensywności burzy między półkulami została zmniejszona o połowę. Kiedy usunęliśmy przenośnik oceanu, druga połowa różnicy burzy zniknęła. Tak więc po raz pierwszy odkrywamy konkretne wyjaśnienie burz na półkuli południowej.
Ponieważ burze są związane z poważnymi skutkami społecznymi, takimi jak ekstremalne wiatry, temperatury i opady, ważne pytanie, na które musimy odpowiedzieć, jest to, czy przyszłe burze będą silniejsze czy słabsze.
Otrzymuj wyselekcjonowane podsumowania wszystkich kluczowych artykułów i dokumentów z Carbon Breck za pośrednictwem poczty elektronicznej. Dowiedz się więcej o naszym biuletynie tutaj.
Otrzymuj wyselekcjonowane podsumowania wszystkich kluczowych artykułów i dokumentów z Carbon Breck za pośrednictwem poczty elektronicznej. Dowiedz się więcej o naszym biuletynie tutaj.
Kluczowym narzędziem w przygotowaniu społeczeństw w celu poradzenia sobie z skutkami zmian klimatu jest zapewnienie prognoz opartych na modelach klimatycznych. Nowe badanie sugeruje, że średnie burze na półkuli południowej staną się bardziej intensywne pod koniec wieku.
Przeciwnie, przewiduje się, że zmiany średniej rocznej intensywności burz na półkuli północnej będą umiarkowane. Wynika to częściowo z konkurujących sezonowych efektów między ociepleniem w tropikach, co sprawia, że ​​burze są silniejsze, a szybkim ociepleniem w Arktyce, co sprawia, że ​​są słabsze.
Jednak klimat tu i teraz się zmienia. Kiedy patrzymy na zmiany w ciągu ostatnich kilku dekad, okazuje się, że średnie burze stały się bardziej intensywne w ciągu roku na półkuli południowej, podczas gdy zmiany na półkuli północnej były nieistotne, zgodnie z prognozami modelu klimatu w tym samym okresie.
Chociaż modele nie doceniają sygnału, wskazują zmiany zachodzące z tych samych powodów fizycznych. Oznacza to, że zmiany w oceanie zwiększają burze, ponieważ cieplejsza woda porusza się w kierunku równika, a zimniejsza woda jest przenoszona 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, powodując, że Arktyka pochłania więcej światła słonecznego i osłabia kontrast między równikiem a biegunami.
Stawki uzyskania właściwej odpowiedzi są wysokie. W przyszłości ważne będzie, aby określić, dlaczego modele nie docenia obserwowanego sygnału, ale równie ważne będzie uzyskanie właściwej odpowiedzi z właściwych powodów fizycznych.
Xiao, T. i in. (2022) Burze na półkuli południowej ze względu na tereny i krążenie oceaniczne, postępowanie National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Otrzymuj wyselekcjonowane podsumowania wszystkich kluczowych artykułów i dokumentów z Carbon Breck za pośrednictwem poczty elektronicznej. Dowiedz się więcej o naszym biuletynie tutaj.
Otrzymuj wyselekcjonowane podsumowania wszystkich kluczowych artykułów i dokumentów z Carbon Breck za pośrednictwem poczty elektronicznej. Dowiedz się więcej o naszym biuletynie tutaj.
Opublikowane na licencji CC. Możesz odtworzyć niezadowolony materiał w całości do użytku niekomercyjnego za pomocą linku do krótkiego streszczenia węgla i linkiem do artykułu. Skontaktuj się z nami w celu użytku komercyjnego.