Професор Тіффані Шоу, професор, кафедра геологічних наук, Чиказький університет
Південна півкуля - це дуже бурхливе місце. Вітри на різних широтах були описані як "ревучі сорок градусів", "люті п’ятдесят градусів" та "кричать шістдесят градусів". Хвилі досягають колосальних 78 футів (24 метри).
Як ми всі знаємо, нічого в північній півкулі не може відповідати сильним штормам, вітром та хвилями в Південній півкулі. Чому?
У новому дослідженні, опублікованому у матеріалах Національної академії наук, ми з колегами розкриваємо, чому шторми частіше зустрічаються в Південній півкулі, ніж у Північній.
Поєднуючи кілька доказів із спостережень, теорії та кліматичних моделей, наші результати вказують на основну роль глобальних океанічних «конвеєрних ременів» та великих гір у Північній півкулі.
Ми також показуємо, що з часом шторми в Південній півкулі стали більш інтенсивними, тоді як ті, що перебувають у Північній півкулі, цього не зробили. Це узгоджується з моделюванням кліматичної моделі глобального потепління.
Ці зміни мають значення, оскільки ми знаємо, що сильніші бурі можуть призвести до більш серйозних наслідків, таких як екстремальні вітри, температура та кількість опадів.
Тривалий час більшість спостережень за погодою на землі були зроблені з суші. Це дало вченим явну картину шторму в Північній півкулі. Однак у південній півкулі, яка охоплює близько 20 відсотків землі, ми не отримали чіткої картини штормів, поки супутникові спостереження не стали доступними наприкінці 1970 -х.
З десятиліть спостереження з початку епохи супутника ми знаємо, що шторми в Південній півкулі є приблизно на 24 відсотки сильніші, ніж у Північній півкулі.
Це показано на карті нижче, на якій показано спостережувану середньорічну інтенсивність штормів для південної півкулі (вгорі), північної півкулі (центр) та різниці між ними (знизу) з 1980 по 2018 рік. (Зауважте, що Південний полюс знаходиться у верхній частині порівняння між першою та останньою картами).
На карті показано наполегливо високу інтенсивність штормів у Південному океані в Південній півкулі та їх концентрації в Тихому океані та Атлантичному океані (затіненому помаранчевим) у північній півкулі. Карта різниці показує, що шторми сильніші в Південній півкулі, ніж у північній півкулі (помаранчеве затінення) у більшості широк.
Хоча існує багато різних теорій, ніхто не пропонує остаточного пояснення різниці у штормах між двома півкулями.
З’ясувати причини, здається, є важким завданням. Як зрозуміти таку складну систему, що охоплює тисячі кілометрів, як атмосфера? Ми не можемо поставити землю в банку і вивчити її. Однак саме це робить вчені, які вивчають фізику клімату. Ми застосовуємо закони фізики та використовуємо їх для розуміння атмосфери та клімату Землі.
Найвідомішим прикладом такого підходу є піонерський твір доктора Шуро Манабе, який отримав Нобелівську премію з фізики 2021 року "за його надійне прогнозування глобального потепління". Його прогнози базуються на фізичних моделях клімату Землі, починаючи від найпростіших одновимірних температурних моделей до повноцінних тривимірних моделей. Він вивчає реакцію клімату на підвищення рівня вуглекислого газу в атмосфері за допомогою моделей різної фізичної складності та моніторів, що виникають сигнали з основних фізичних явищ.
Щоб зрозуміти більше штормів у Південній півкулі, ми зібрали кілька доказів, включаючи дані кліматичних моделей на основі фізики. На першому кроці ми вивчаємо спостереження з точки зору того, як розподіляється енергія по всій землі.
Оскільки земля є сферою, її поверхня отримує сонячне випромінювання нерівномірно від Сонця. Більшість енергії отримують і поглинають у екваторі, де сонячні промені потрапляють на поверхню більш безпосередньо. На відміну від цього, полюси, які світло б'є під крутими кутами, отримують менше енергії.
Десятиліття досліджень показали, що сила шторму походить від цієї різниці в енергії. По суті, вони перетворюють «статичну» енергію, що зберігається в цій різниці, у «кінетичну» енергію руху. Цей перехід відбувається через процес, відомий як "бароклінічна нестабільність".
Ця думка говорить про те, що інцидент сонячного світла не може пояснити більшу кількість штормів у Південній півкулі, оскільки обидві півкулі отримують однакову кількість сонячного світла. Натомість наш спостережливий аналіз свідчить про те, що різниця інтенсивності шторму між Півдня та Північ може бути обумовлена ​​двома різними факторами.
По -перше, транспорт Ocean Energy, який часто називають "конвеєрним поясом". Вода тоне поблизу Північного полюса, тече по океанському дню, піднімається навколо Антарктиди і тече назад на північ уздовж екватора, несучи з собою енергію. Кінцевим результатом є перенесення енергії з Антарктиди на північний полюс. Це створює більший енергетичний контраст між екватором та полюсами в Південній півкулі, ніж у Північній півкулі, що призводить до більш сильних штормів у Південній півкулі.
Другий фактор - це великі гори Північної півкулі, які, як запропонував попередній твір Манабе, пригнічувати бурі. Повітряні течії над великими гірськими діапазонами створюють фіксовані максимуми та мінімуми, що зменшують кількість енергії, доступної для штормів.
Однак аналіз спостережуваних даних не може підтвердити ці причини, оскільки занадто багато факторів працюють та взаємодіють одночасно. Крім того, ми не можемо виключити індивідуальні причини для перевірки їх значущості.
Для цього нам потрібно використовувати кліматичні моделі, щоб вивчити, як змінюються шторми, коли видаляються різні фактори.
Коли ми згладжували гори Землі в моделюванні, різниця інтенсивності шторму між півкулями була вдвічі. Коли ми зняли конвеєрний пояс океану, інша половина різниці штормів зникла. Таким чином, вперше ми розкриваємо конкретне пояснення штормів у Південній півкулі.
Оскільки шторми пов'язані з сильними соціальними наслідками, такими як екстремальні вітри, температура та опади, важливим питанням, на яке ми повинні відповісти, є те, чи будуть майбутні бурі сильнішими чи слабкішими.
Отримайте підсумкові підсумки всіх ключових статей та робіт з вуглецевого короткого електронного листа. Дізнайтеся більше про наш бюлетень тут.
Отримайте підсумкові підсумки всіх ключових статей та робіт з вуглецевого короткого електронного листа. Дізнайтеся більше про наш бюлетень тут.
Ключовим інструментом у підготовці товариств до впорання з наслідками зміни клімату є надання прогнозів на основі кліматичних моделей. Нове дослідження свідчить про те, що середні шторми Південної півкулі стануть більш інтенсивними до кінця століття.
Навпаки, зміни середньорічної інтенсивності штормів у північній півкулі прогнозуються помірними. Частково це пов'язано з конкуруючими сезонними наслідками між потеплінням в тропіках, що робить бурі сильнішими та швидким потеплінням в Арктиці, що робить їх слабкішими.
Однак клімат тут і зараз змінюється. Коли ми дивимось на зміни за останні кілька десятиліть, ми виявляємо, що середні бурі стали більш інтенсивними протягом року в Південній півкулі, тоді як зміни в північній півкулі були незначними, що відповідає прогнозам кліматичної моделі за той самий період.
Хоча моделі недооцінюють сигнал, вони вказують на зміни, що виникають з тих же фізичних причин. Тобто зміни в океані збільшують бурі, оскільки тепліша вода рухається до екватора, а більш холодна вода виводиться на поверхню навколо Антарктиди, щоб замінити її, що призводить до більш сильного контрасту між екватором та полюсами.
У північній півкулі зміни океану компенсуються втратою морського льоду та снігу, внаслідок чого Арктика поглинає більше сонячного світла і послаблює контраст між екватором та полюсами.
Ставки отримання правильної відповіді високі. Для подальшої роботи буде важливо визначити, чому моделі недооцінюють спостережуваний сигнал, але однаково важливо отримати правильну відповідь з правильних фізичних причин.
Сяо, Т. та ін. (2022) Шторми в Південній півкулі через форми рельєфів та океанського обігу, Матеріали Національної академії наук Сполучених Штатів Америки, DOI: 10.1073/PNAS.2123512119
Отримайте підсумкові підсумки всіх ключових статей та робіт з вуглецевого короткого електронного листа. Дізнайтеся більше про наш бюлетень тут.
Отримайте підсумкові підсумки всіх ключових статей та робіт з вуглецевого короткого електронного листа. Дізнайтеся більше про наш бюлетень тут.
Опубліковано під ліцензією CC. Ви можете відтворити непорушений матеріал у повному обсязі для некомерційного використання з посиланням на короткий вуглець та посилання на статтю. Будь ласка, зв'яжіться з нами для комерційного використання.