Професор Тифани Шоу, професор, катедра по геоложници, Чикагски университет
Южното полукълбо е много бурно място. Ветровете в различни географски ширини са описани като „ревящи четиридесет градуса“, ​​„яростни петдесет градуса“ и „крещящи шестдесет градуса“. Вълните достигат огромни 78 фута (24 метра).
Както всички знаем, нищо в Северното полукълбо не може да съответства на тежките бури, вятър и вълни в Южното полукълбо. Защо?
В ново проучване, публикувано в The Proceedings of the National Academy of Sciences, моите колеги и разкривам защо бурите са по -често срещани в Южното полукълбо, отколкото в северната част.
Комбинирайки няколко доказателства от наблюдения, теория и климатични модели, нашите резултати сочат основната роля на глобалните океански „конвейерни ленти“ и големи планини в Северното полукълбо.
Също така показваме, че с течение на времето бурите в Южното полукълбо станаха по -интензивни, докато тези в Северното полукълбо не го направиха. 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 бяха направени от сушата. Това даде на учените ясна картина на бурята в Северното полукълбо. Въпреки това, в Южното полукълбо, което обхваща около 20 процента от земята, ние не получихме ясна картина на бури, докато в края на 70 -те години не станат достъпни сателитни наблюдения.
От десетилетия на наблюдение 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. (Обърнете внимание, че Южният полюс е в горната част на сравнението между първите и последните карти.)
Картата показва упорито високата интензивност на бурите в Южния океан в Южното полукълбо и тяхната концентрация в Тихия и Атлантическия океан (засенчена в оранжево) в Северното полукълбо. Картата на разликата 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, никой не предлага окончателно обяснение за разликата в бурите между двете полукълба.
Разкриването на причините изглежда е трудна задача. Как да разберем такава сложна система, обхващаща хиляди километри като атмосферата? Не можем да сложим земята в буркан и да я изучаваме. Това обаче е точно това, което 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 през 2021 г. „за надеждното си прогнозиране на 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 на повишаващите се нива на въглероден диоксид в атмосферата чрез модели с различна физическа сложност и следи, възникващи сигнали от основните физически явления.
За да разберем повече бури в Южното полукълбо, ние събрахме няколко доказателства, включително данни от климатичните модели, базирани на физиката. В първата стъпка ние изучаваме наблюдения по отношение на това как енергията се разпределя на земята.
Тъй като Земята е сфера, повърхността му получава слънчева радиация неравномерно от Слънцето. По -голямата част от енергията се приема и абсорбира в екватора, където слънчевите лъчи удрят по -директно повърхността. За разлика от тях, стълбовете, които светлината удря под стръмни ъгли, получават по -малко енергия.
Десетилетия на изследване показват, че силата на буря идва от тази разлика в енергията. По същество те преобразуват „статичната“ енергия, съхранявана в тази разлика в „кинетична“ енергия на движение. Този преход се осъществява чрез процес, известен като „бароклинична нестабилност“.
Това мнение предполага, че инцидентната слънчева светлина не може да обясни по -големия брой бури в Южното полукълбо, тъй като и двете полукълба получават едно и също 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 наричана „конвейерна лента“. Водата потъва близо до Северния полюс, тече по океанското дъно, се издига около Антарктида и тече назад на север по екватора, носейки енергия със себе си. Крайният резултат е прехвърлянето 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 -тежки бури в Южното полукълбо.
Вторият фактор са големите планини в Северното полукълбо, което, както предполагаше по -ранната работа на Манабе, завладява бури. Въздушните течения над големи планински вериги създават фиксирани максимуми и ниски нива, които намаляват количеството енергия, налично за бури.
Въпреки това, анализът на наблюдаваните данни не може да потвърди тези причини, тъй като твърде много фактори действат и взаимодействат едновременно. Също така, не можем да изключим индивидуалните причини за тестване на тяхното значение.
За да направим това, трябва да използваме климатичните модели, за да проучим как се променят бурите, когато се отстранят различни фактори.
Когато изгладихме земните планини в симулацията, разликата в интензивността на бурята между полукълбите беше намалена наполовина. Когато махнахме конвейерната лента на океана, другата половина от разликата в бурята нямаше. Така за първи път разкриваме конкретно обяснение за бури в Южното полукълбо.
Тъй като бурите са свързани с тежки 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 курирани обобщения на всички ключови статии и документи от Carbon Brief по имейл. Научете повече за нашия бюлетин тук.
Получавайте курирани обобщения на всички ключови статии и документи от Carbon Brief по имейл. Научете повече за нашия бюлетин тук.
Ключов инструмент за подготовката на обществата, които да се справят с ефектите на изменението на климата, е предоставянето на прогнози въз основа на климатичните модели. Ново проучване предполага, че средните бури на южното полукълбо ще станат по -интензивни към края на века.
Напротив, се предвижда промените в средната годишна интензивност на бурите в Северното полукълбо, които са умерени. Отчасти това се дължи на конкурентните сезонни ефекти между затоплянето в тропиците, което прави бурите по -силни и бързото затопляне в Арктика, което ги прави по -слаби.
Климатът обаче тук и сега се променя. Когато разглеждаме промените през последните няколко десетилетия, установяваме, 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 едни и същи физически причини. Тоест, промените в океана увеличават бурите, тъй като по -топлата вода се движи към екватора и по -студената вода се извежда на повърхността около Антарктида, 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 води до Арктика да абсорбира повече слънчева светлина и да отслаби контраста между екватора и полюсите.
Залозите на получаването на правилния отговор са високи. За бъдещата работа ще бъде важно да се определи защо моделите подценяват наблюдавания сигнал, но ще бъде също толкова важно да получите правилния отговор по правилните физически причини.
Xiao, T. et al. (2022) Бури в Южното полукълбо поради наземните форми и океанското обращение, Материали на Националната академия на науките на Съединените американски щати, DOI: 10.1073/PNAS.2123512119
Получавайте курирани обобщения на всички ключови статии и документи от Carbon Brief по имейл. Научете повече за нашия бюлетин тук.
Получавайте курирани обобщения на всички ключови статии и документи от Carbon Brief по имейл. Научете повече за нашия бюлетин тук.
Публикувано под лиценз на CC. Можете да възпроизведете неадаптирания материал в неговата цялост за нетърговска употреба с връзка към кратката въглерод и връзка към статията. Моля, свържете се с нас за търговска употреба.