Profesorka Tiffany Shaw, profesorka, katedra geověd, Chicagská univerzita
Jižní polokoule je velmi turbulentní místo. Větry v různých zeměpisných šířkách byly popisovány jako „řvoucí čtyřicet stupňů“, „zuřivý padesát stupňů“ a „křičící šedesát stupňů“. Vlny dosahují ohromujících 24 metrů.
Jak všichni víme, nic na severní polokouli se nevyrovná silným bouřím, větru a vlnám na jižní polokouli. Proč?
V nové studii publikované v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences jsme s kolegy odhalili, proč jsou bouře častější na jižní polokouli než na severní.
Kombinací několika důkazů z pozorování, teorie a klimatických modelů naše výsledky poukazují na zásadní roli globálních oceánských „dopravních pásů“ a velkých hor na severní polokouli.
Také ukazujeme, že v průběhu času se bouře na jižní polokouli stávaly intenzivnějšími, zatímco ty na severní polokouli nikoli. To je v souladu s klimatickým modelováním globálního oteplování.
Tyto změny jsou důležité, protože víme, že silnější bouře mohou vést k závažnějším dopadům, jako jsou extrémní vítr, teploty a srážky.
Po dlouhou dobu se většina pozorování počasí na Zemi prováděla z pevniny. To vědcům poskytlo jasný obraz o bouřích na severní polokouli. Na jižní polokouli, která pokrývá asi 20 procent pevniny, jsme však jasný obraz o bouřích získali až koncem 70. let 20. století, kdy se objevila satelitní pozorování.
Z desetiletí pozorování od začátku éry satelitů víme, že bouře na jižní polokouli jsou asi o 24 procent silnější než ty na severní polokouli.
Toto je znázorněno na mapě níže, která ukazuje pozorovanou průměrnou roční intenzitu bouří pro jižní polokouli (nahoře), severní polokouli (uprostřed) a rozdíl mezi nimi (dole) od roku 1980 do roku 2018. (Všimněte si, že jižní pól je nahoře v porovnání mezi první a poslední mapou.)
Mapa ukazuje trvale vysokou intenzitu bouří v Jižním oceánu na jižní polokouli a jejich koncentraci v Tichém a Atlantském oceánu (oranžově stínováno) na severní polokouli. Mapa rozdílů ukazuje, že bouře jsou ve většině zeměpisných šířek silnější na jižní polokouli než na severní polokouli (oranžově stínováno).
Ačkoli existuje mnoho různých teorií, žádná nenabízí definitivní vysvětlení rozdílu v bouřích mezi oběma polokoulemi.
Zjistit důvody se zdá být obtížným úkolem. Jak pochopit tak složitý systém, který se rozkládá přes tisíce kilometrů, jako je atmosféra? Nemůžeme dát Zemi do sklenice a studovat ji. Přesně to však dělají vědci, kteří studují fyziku klimatu. Aplikujeme fyzikální zákony a využíváme je k pochopení zemské atmosféry a klimatu.
Nejznámějším příkladem tohoto přístupu je průkopnická práce Dr. Shura Manabeho, který obdržel Nobelovu cenu za fyziku za rok 2021 „za svou spolehlivou předpověď globálního oteplování“. Jeho předpovědi jsou založeny na fyzikálních modelech zemského klimatu, od nejjednodušších jednorozměrných teplotních modelů až po plnohodnotné trojrozměrné modely. Studuje reakci klimatu na rostoucí hladiny oxidu uhličitého v atmosféře prostřednictvím modelů různé fyzikální složitosti a monitoruje vznikající signály ze základních fyzikálních jevů.
Abychom lépe porozuměli bouřím na jižní polokouli, shromáždili jsme několik důkazů, včetně dat z klimatických modelů založených na fyzice. V prvním kroku studujeme pozorování z hlediska rozložení energie po Zemi.
Protože Země je koule, její povrch přijímá sluneční záření od Slunce nerovnoměrně. Většina energie je přijímána a absorbována na rovníku, kde sluneční paprsky dopadají na povrch přímočařeji. Naproti tomu póly, na které světlo dopadá pod strmými úhly, přijímají méně energie.
Desítky let výzkumu ukázaly, že síla bouře pramení z tohoto rozdílu v energii. V podstatě přeměňují „statickou“ energii uloženou v tomto rozdílu na „kinetickou“ energii pohybu. K tomuto přechodu dochází procesem známým jako „baroklinická nestabilita“.
Tento názor naznačuje, že dopadající sluneční světlo nemůže vysvětlit větší počet bouří na jižní polokouli, protože obě polokoule dostávají stejné množství slunečního světla. Naše pozorovací analýza místo toho naznačuje, že rozdíl v intenzitě bouří mezi jihem a severem by mohl být způsoben dvěma různými faktory.
Zaprvé, transport oceánské energie, často označovaný jako „dopravní pás“. Voda klesá poblíž severního pólu, proudí po oceánském dně, stoupá kolem Antarktidy a teče zpět na sever podél rovníku a nese s sebou energii. Konečným výsledkem je přenos energie z Antarktidy na severní pól. To vytváří větší energetický kontrast mezi rovníkem a póly na jižní polokouli než na severní polokouli, což má za následek silnější bouře na jižní polokouli.
Druhým faktorem jsou velké hory na severní polokouli, které, jak naznačovala Manabeho dřívější práce, tlumí bouře. Vzdušné proudy nad velkými horskými pásmy vytvářejí stálé maxima a minima, které snižují množství energie dostupné pro bouře.
Samotná analýza pozorovaných dat však nemůže tyto příčiny potvrdit, protože současně působí a interaguje příliš mnoho faktorů. Také nemůžeme vyloučit jednotlivé příčiny, abychom otestovali jejich významnost.
Abychom toho dosáhli, musíme použít klimatické modely ke studiu toho, jak se bouře mění, když jsou odstraněny různé faktory.
Když jsme v simulaci vyhladili zemské hory, rozdíl v intenzitě bouří mezi polokoulemi se zmenšil na polovinu. Když jsme odstranili oceánský dopravníkový pás, druhá polovina rozdílu v bouřích zmizela. Poprvé jsme tak odhalili konkrétní vysvětlení bouří na jižní polokouli.
Vzhledem k tomu, že bouře jsou spojovány s vážnými sociálními dopady, jako jsou extrémní větry, teploty a srážky, důležitou otázkou, na kterou musíme odpovědět, je, zda budoucí bouře budou silnější nebo slabší.
Získejte e-mailem shrnutí všech klíčových článků a prací z Carbon Brief. Více informací o našem newsletteru naleznete zde.
Získejte e-mailem shrnutí všech klíčových článků a prací z Carbon Brief. Více informací o našem newsletteru naleznete zde.
Klíčovým nástrojem pro přípravu společností na zvládání dopadů změny klimatu je poskytování předpovědí založených na klimatických modelech. Nová studie naznačuje, že průměrné bouře na jižní polokouli se ke konci století stanou intenzivnějšími.
Naopak se předpokládá, že změny průměrné roční intenzity bouří na severní polokouli budou mírné. To je částečně způsobeno soupeřícími sezónními vlivy mezi oteplováním v tropech, které bouře zesiluje, a rychlým oteplováním v Arktidě, které je oslabuje.
Klima tady a teď se však mění. Když se podíváme na změny za posledních několik desetiletí, zjistíme, že průměrné bouře se v průběhu roku na jižní polokouli staly intenzivnějšími, zatímco změny na severní polokouli byly zanedbatelné, což je v souladu s předpověďmi klimatických modelů za stejné období.
Ačkoli modely signál podceňují, naznačují změny, ke kterým dochází ze stejných fyzikálních důvodů. To znamená, že změny v oceánu zvyšují bouře, protože teplejší voda se pohybuje směrem k rovníku a na povrch kolem Antarktidy je vynášena chladnější voda, která ji nahrazuje, což má za následek silnější kontrast mezi rovníkem a póly.
Na severní polokouli jsou změny oceánů kompenzovány úbytkem mořského ledu a sněhu, což způsobuje, že Arktida absorbuje více slunečního záření a oslabuje kontrast mezi rovníkem a póly.
V sázce je získat správnou odpověď. Pro budoucí práci bude důležité určit, proč modely podceňují pozorovaný signál, ale stejně důležité bude získat správnou odpověď ze správných fyzikálních důvodů.
Xiao, T. a kol. (2022) Bouře na jižní polokouli v důsledku tvarů terénu a oceánské cirkulace, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Získejte e-mailem shrnutí všech klíčových článků a prací z Carbon Brief. Více informací o našem newsletteru naleznete zde.
Získejte e-mailem shrnutí všech klíčových článků a prací z Carbon Brief. Více informací o našem newsletteru naleznete zde.
Publikováno pod licencí CC. Neupravený materiál můžete reprodukovat v celém rozsahu pro nekomerční použití s ​​odkazem na Carbon Brief a odkazem na článek. Pro komerční použití nás prosím kontaktujte.