Професор Тифани Шоу, професор, Катедра по геонауки, Чикагски университет
Южното полукълбо е много бурно място.Ветровете на различни географски ширини са описани като „ревящи четиридесет градуса“, ​​„бесни петдесет градуса“ и „крещящи шестдесет градуса“.Вълните достигат цели 78 фута (24 метра).
Както всички знаем, нищо в северното полукълбо не може да се мери със силните бури, вятър и вълни в южното полукълбо.Защо?
В ново проучване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences, моите колеги и аз разкриваме защо бурите са по-чести в южното полукълбо, отколкото в северното.
Комбинирайки няколко линии доказателства от наблюдения, теория и климатични модели, нашите резултати сочат фундаменталната роля на глобалните океански „конвейерни ленти“ и големите планини в северното полукълбо.
Ние също така показваме, че с течение на времето бурите в южното полукълбо стават по-интензивни, докато тези в северното полукълбо не.Това е в съответствие с моделирането на климатичния модел на глобалното затопляне.
Тези промени имат значение, защото знаем, че по-силните бури могат да доведат до по-тежки въздействия като екстремни ветрове, температури и валежи.
Дълго време повечето наблюдения на времето на Земята са правени от сушата.Това даде на учените ясна картина на бурята в северното полукълбо.Въпреки това, в южното полукълбо, което покрива около 20 процента от сушата, не получихме ясна картина на бурите, докато сателитните наблюдения не станаха достъпни в края на 70-те години.
От десетилетия наблюдения от началото на сателитната ера знаем, че бурите в южното полукълбо са с около 24 процента по-силни от тези в северното полукълбо.
Това е показано на картата по-долу, която показва наблюдаваната средна годишна интензивност на бурята за Южното полукълбо (отгоре), Северното полукълбо (в центъра) и разликата между тях (отдолу) от 1980 до 2018 г. (Имайте предвид, че Южният полюс е на горната част на сравнението между първата и последната карта.)
Картата показва постоянно високата интензивност на бурите в Южния океан в Южното полукълбо и тяхната концентрация в Тихия и Атлантическия океан (защриховани в оранжево) в Северното полукълбо.Картата на разликите показва, че бурите са по-силни в южното полукълбо, отколкото в северното полукълбо (оранжево засенчване) на повечето географски ширини.
Въпреки че има много различни теории, никоя не предлага окончателно обяснение за разликата в бурите между двете полукълба.
Откриването на причините изглежда е трудна задача.Как да разберем такава сложна система, обхващаща хиляди километри като атмосферата?Не можем да поставим Земята в буркан и да я изучаваме.Но точно това правят учените, които изучават физиката на климата.Ние прилагаме законите на физиката и ги използваме, за да разберем атмосферата и климата на Земята.
Най-известният пример за този подход е пионерската работа на д-р Шуро Манабе, който получи Нобеловата награда по физика за 2021 г. „за неговата надеждна прогноза за глобалното затопляне“.Неговите прогнози се основават на физически модели на климата на Земята, вариращи от най-простите едномерни температурни модели до пълноценни триизмерни модели.Той изучава реакцията на климата към повишаващите се нива на въглероден диоксид в атмосферата чрез модели с различна физическа сложност и следи възникващите сигнали от основните физически явления.
За да разберем повече бури в южното полукълбо, ние събрахме няколко линии доказателства, включително данни от основани на физика климатични модели.В първата стъпка изучаваме наблюдения по отношение на това как енергията се разпределя по Земята.
Тъй като Земята е сфера, нейната повърхност получава слънчева радиация неравномерно от Слънцето.По-голямата част от енергията се получава и абсорбира на екватора, където слънчевите лъчи удрят повърхността по-директно.За разлика от тях стълбовете, които светлината удря под стръмни ъгли, получават по-малко енергия.
Десетилетия изследвания показват, че силата на една буря идва от тази разлика в енергията.По същество те преобразуват „статичната“ енергия, съхранена в тази разлика, в „кинетична“ енергия на движение.Този преход се осъществява чрез процес, известен като „бароклинна нестабилност“.
Тази гледна точка предполага, че падащата слънчева светлина не може да обясни по-големия брой бури в южното полукълбо, тъй като и двете полукълба получават еднакво количество слънчева светлина.Вместо това, нашият наблюдателен анализ предполага, че разликата в интензивността на бурята между юг и север може да се дължи на два различни фактора.
Първо, транспортирането на океанска енергия, често наричано „конвейерната лента“.Водата потъва близо до Северния полюс, тече по океанското дъно, издига се около Антарктида и тече обратно на север по екватора, носейки енергия със себе си.Крайният резултат е пренос на енергия от Антарктида към Северния полюс.Това създава по-голям енергиен контраст между екватора и полюсите в южното полукълбо, отколкото в северното полукълбо, което води до по-силни бури в южното полукълбо.
Вторият фактор са големите планини в северното полукълбо, които, както предполага по-ранната работа на Манабе, намаляват бурите.Въздушните течения над големи планински вериги създават фиксирани високи и ниски нива, които намаляват количеството налична енергия за бури.
Въпреки това, анализът на наблюдаваните данни сам по себе си не може да потвърди тези причини, тъй като твърде много фактори действат и взаимодействат едновременно.Освен това не можем да изключим отделни причини, за да тестваме тяхната значимост.
За да направим това, трябва да използваме климатични модели, за да проучим как се променят бурите, когато се премахнат различни фактори.
Когато изгладихме планините на земята в симулацията, разликата в интензивността на бурята между полукълбата беше наполовина.Когато премахнахме транспортната лента на океана, другата половина от разликата в бурята изчезна.Така за първи път откриваме конкретно обяснение за бурите в южното полукълбо.
Тъй като бурите са свързани със сериозни социални въздействия като екстремни ветрове, температури и валежи, важният въпрос, на който трябва да отговорим, е дали бъдещите бури ще бъдат по-силни или по-слаби.
Получавайте подбрани резюмета на всички ключови статии и документи от Carbon Brief по имейл.Научете повече за нашия бюлетин тук.
Получавайте подбрани резюмета на всички ключови статии и документи от Carbon Brief по имейл.Научете повече за нашия бюлетин тук.
Основен инструмент в подготовката на обществата да се справят с последиците от изменението на климата е предоставянето на прогнози, базирани на климатични модели.Ново проучване предполага, че средните бури в южното полукълбо ще станат по-интензивни към края на века.
Напротив, промените в средната годишна интензивност на бурите в Северното полукълбо се очаква да бъдат умерени.Това отчасти се дължи на конкуриращи се сезонни ефекти между затоплянето в тропиците, което прави бурите по-силни, и бързото затопляне в Арктика, което ги прави по-слаби.
Но климатът тук и сега се променя.Когато разглеждаме промените през последните няколко десетилетия, откриваме, че средните бури са станали по-интензивни през годината в южното полукълбо, докато промените в северното полукълбо са били незначителни, в съответствие с прогнозите на климатичния модел за същия период .
Въпреки че моделите подценяват сигнала, те показват промени, настъпващи по същите физически причини.Това означава, че промените в океана увеличават бурите, защото по-топлата вода се движи към екватора, а по-студената вода се извежда на повърхността около Антарктика, за да я замени, което води до по-силен контраст между екватора и полюсите.
В Северното полукълбо промените в океана се компенсират от загубата на морски лед и сняг, което кара Арктика да абсорбира повече слънчева светлина и отслабва контраста между екватора и полюсите.
Залозите за получаване на правилния отговор са високи.Ще бъде важно за бъдещата работа да се определи защо моделите подценяват наблюдавания сигнал, но ще бъде също толкова важно да се получи правилният отговор поради правилните физически причини.
Xiao, T. et al.(2022) Бури в южното полукълбо, дължащи се на земни форми и океанска циркулация, Сборник на Националната академия на науките на Съединените американски щати, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Получавайте подбрани резюмета на всички ключови статии и документи от Carbon Brief по имейл.Научете повече за нашия бюлетин тук.
Получавайте подбрани резюмета на всички ключови статии и документи от Carbon Brief по имейл.Научете повече за нашия бюлетин тук.
Публикувано под CC лиценз.Можете да възпроизведете неадаптирания материал в неговата цялост за некомерсиална употреба с връзка към Carbon Brief и връзка към статията.Моля, свържете се с нас за търговска употреба.