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“, ​​„яростни петдесет градуса“ и „крещящи шестдесет градуса“. Вълните достигат колосалните 78 фута (24 метра).
Както всички знаем, нищо в северното полукълбо не може да се сравни със силните бури, ветрове и вълни в южното полукълбо. Защо?
В ново проучване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences, аз и моите колеги разкриваме защо бурите са по-често срещани в южното полукълбо, отколкото в северното.
Комбинирайки няколко доказателства от наблюдения, теория и климатични модели, нашите резултати сочат фундаменталната роля на глобалните океански „конвейерни ленти“ и големите планини в северното полукълбо.
Показваме също, че с течение на времето бурите в южното полукълбо са ставали по-интензивни, докато тези в северното полукълбо не са. Това е в съответствие с климатичното моделиране на глобалното затопляне.
Тези промени са важни, защото знаем, че по-силните бури могат да доведат до по-сериозни последици, като екстремни ветрове, температури и валежи.
Дълго време повечето наблюдения на времето на Земята са били правени от сушата. Това е дало на учените ясна картина на бурите в северното полукълбо. В южното полукълбо, което покрива около 20 процента от сушата, обаче не сме получили ясна картина на бурите, докато сателитните наблюдения не са станали достъпни в края на 70-те години на миналия век.
От десетилетия наблюдения от началото на ерата на спътниците 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 бурите за Южното полукълбо (горе), Северното полукълбо (в центъра) и разликата между тях (долу) от 1980 до 2018 г. (Обърнете внимание, че Южният полюс е в 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 (защриховани в оранжево) в 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 трудна задача. Как да разберем толкова сложна система, простираща се на хиляди километри, като атмосферата? Не можем да сложим Земята в буркан и да я изучаваме. Именно това обаче 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 Нобелова награда за физика за 2021 г. „за надеждното си предсказание за глобалното затопляне“. Неговите предсказания се основават на физически модели на земния климат, вариращи от най-простите едномерни температурни модели до пълноценни триизмерни модели. Изследва реакцията на климата на повишаващите се нива на въглероден диоксид в атмосферата чрез модели с различна физическа сложност и наблюдава появяващите се сигнали от основните физически явления.
За да разберем повече за бурите в Южното полукълбо, събрахме няколко доказателства, включително данни от климатични модели, базирани на физика. В първата стъпка изучаваме наблюдения по отношение на разпределението на енергията по Земята.
Тъй като Земята е сфера, нейната повърхност получава слънчева радиация от Слънцето неравномерно. По-голямата част от енергията се приема и абсорбира на екватора, където слънчевите лъчи достигат повърхността по-директно. За разлика от това, полюсите, които светлината достига под стръмни ъгли, получават по-малко енергия.
Десетилетия изследвания показват, че силата на бурята 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 „бароклинична 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 показва, че разликата в интензитета на бурите между юг и север може да се дължи на два различни фактора.
Първо, преносът на океанска енергия, често наричан „конвейерна лента“. Водата потъва близо до Северния полюс, тече по океанското дъно, издига се около Антарктида и се връща на север по екватора, носейки със себе си енергия. Крайният резултат е преносът 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, омекотяват бурите. Въздушните течения над големи планински вериги създават фиксирани върхове и спадове, които намаляват количеството енергия, налична за бурите.
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. Също така, не можем да изключим отделни причини, за да проверим тяхната значимост.
За да направим това, трябва да използваме климатични модели, за да изучаваме как бурите се променят, когато се премахнат различни фактори.
Когато изгладихме земните планини в симулацията, разликата в интензитета на бурите между полукълбата се намали наполовина. Когато премахнахме океанската конвейерна лента, другата половина от разликата в бурите изчезна. По този начин, за първи път, откриваме конкретно обяснение за бурите в южното полукълбо.
Тъй като бурите са свързани със сериозни социални последици, 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 доклади от Carbon Brief по имейл. Научете повече за нашия бюлетин тук.
Получавайте подбрани резюмета на всички ключови статии и доклади от Carbon Brief по имейл. Научете повече за нашия бюлетин тук.
Ключов инструмент за подготовката на обществата за справяне с последиците от изменението на климата е предоставянето на прогнози, базирани на климатични модели. Ново проучване показва, 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 се дължи отчасти на конкуриращите се сезонни ефекти между затоплянето в тропиците, което прави бурите по-силни, и бързото затопляне в Арктика, което ги прави по-слаби.
Въпреки това, климатът тук и сега се променя. Когато разгледаме 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, което е в съответствие с прогнозите на климатичните модели за същия период.
Въпреки че моделите подценяват сигнала, те показват промени, настъпващи по същите физически причини. Тоест, промените в океана увеличават бурите, защото по-топлата вода се движи към екватора, а по-студена вода се изнася 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 кара Арктика да абсорбира повече слънчева светлина и отслабва контраста между екватора и полюсите.
Залогът за получаване на правилния отговор е висок. За бъдещата работа ще бъде важно да се определи защо моделите подценяват наблюдавания сигнал, но също толкова важно ще бъде да се получи правилният отговор поради правилните физически причини.
Xiao, T. et al. (2022) Бури в Южното полукълбо, дължащи се на форми на релефа и океанска циркулация, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Получавайте подбрани резюмета на всички ключови статии и доклади от Carbon Brief по имейл. Научете повече за нашия бюлетин тук.
Получавайте подбрани резюмета на всички ключови статии и доклади от Carbon Brief по имейл. Научете повече за нашия бюлетин тук.
Публикувано под CC лиценз. Можете да възпроизвеждате неадаптирания материал в неговата цялост за некомерсиална употреба с линк към Carbon Brief и линк към статията. Моля, свържете се с нас за търговска употреба.