Profesorka Tiffany Shaw, profesorka, Katedra geověd, University of Chicago
Jižní polokoule je velmi turbulentní místo.Větry v různých zeměpisných šířkách byly popsány jako „hučící čtyřicet stupňů“, „zuřivý padesát stupňů“ a „ječící šedesát stupňů“.Vlny dosahují neuvěřitelných 78 stop (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 Science jsme s kolegy odhalovali, proč jsou bouře častější na jižní polokouli než na severní.
Kombinací několika linií důkazů z pozorování, teorie a klimatických modelů naše výsledky poukazují na zásadní roli globálních oceánských „dopravních pásů“ a velkých hor na severní polokouli.
Ukazujeme také, že postupem času byly bouře na jižní polokouli intenzivnější, zatímco bouře na severní polokouli nikoliv.To je v souladu s modelováním klimatického modelu globálního oteplování.
Na těchto změnách záleží, protože víme, že silnější bouře mohou vést k závažnějším dopadům, jako jsou extrémní větry, teploty a srážky.
Po dlouhou dobu byla většina pozorování počasí na Zemi prováděna ze země.To vědcům poskytlo jasný obrázek o bouři na severní polokouli.Na jižní polokouli, která pokrývá asi 20 procent pevniny, jsme však nezískali jasnou představu o bouřích, dokud nebyla koncem 70. let k dispozici 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.
To je znázorněno na mapě níže, která ukazuje pozorovanou průměrnou roční intenzitu bouřek pro jižní polokouli (nahoře), severní polokouli (uprostřed) a rozdíl mezi nimi (dole) od roku 1980 do roku 2018. (Všimněte si, že jižní pól je na horní část srovnání 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 vystínované) na severní polokouli.Rozdílová mapa ukazuje, že bouře jsou silnější na jižní polokouli než na severní polokouli (oranžové stínování) ve většině zeměpisných šířek.
Přestože existuje mnoho různých teorií, nikdo nenabízí definitivní vysvětlení rozdílu v bouřích mezi oběma hemisférami.
Zjistit příčiny se zdá být obtížným úkolem.Jak rozumět tak složitému systému zabírajícímu tisíce kilometrů jako je atmosféra?Nemůžeme dát Zemi do nádoby 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. Shuro Manabe, který v roce 2021 obdržel Nobelovu cenu za fyziku „za spolehlivou předpověď globálního oteplování“.Jeho předpovědi jsou založeny na fyzikálních modelech zemského klimatu, od nejjednodušších jednorozměrných teplotních modelů až po plnohodnotné trojrozměrné modely.Studuje odezvu klimatu na zvyšující se hladiny oxidu uhličitého v atmosféře prostřednictvím modelů různé fyzikální složitosti a monitoruje vznikající signály ze základních fyzikálních jevů.
Abychom pochopili více bouří na jižní polokouli, shromáždili jsme několik linií důkazů, včetně dat z fyzikálních klimatických modelů.V prvním kroku studujeme pozorování z hlediska distribuce energie po Zemi.
Vzhledem k tomu, že Země je koule, její povrch přijímá sluneční záření ze Slunce nerovnoměrně.Většina energie je přijímána a absorbována na rovníku, kde sluneční paprsky dopadají na povrch příměji.Naproti tomu sloupy, na které světlo dopadá ve strmých úhlech, dostávají méně energie.
Desítky let výzkumu ukázaly, že síla bouře pochází z tohoto rozdílu v energii.V podstatě přeměňují „statickou“ energii uloženou v tomto rozdílu na „kinetickou“ energii pohybu.K tomuto přechodu dochází prostřednictvím procesu známého jako „baroklinická nestabilita“.
Tento pohled naznačuje, že dopadající sluneční světlo nemůže vysvětlit větší počet bouří na jižní polokouli, protože obě polokoule dostávají stejné množství slunečního světla.Místo toho naše pozorovací analýza naznačuje, že rozdíl v intenzitě bouře mezi jihem a severem by mohl být způsoben dvěma různými faktory.
Za prvé, transport oceánské energie, často označovaný jako „dopravní pás“.Voda klesá poblíž severního pólu, teče po dně oceánu, 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 velká pohoří na severní polokouli, která, jak naznačila dřívější Manabeho práce, tlumí bouře.Vzduchové proudy nad velkými horskými pásmy vytvářejí pevná maxima a minima, která snižují množství energie dostupné pro bouře.
Samotná analýza pozorovaných dat však nemůže tyto příčiny potvrdit, protože působí a působí současně a působí příliš mnoho faktorů.Nemůžeme také vyloučit jednotlivé příčiny, abychom otestovali jejich významnost.
Abychom toho dosáhli, musíme pomocí klimatických modelů studovat, jak se bouře mění, když jsou odstraněny různé faktory.
Když jsme v simulaci vyhladili zemské hory, rozdíl v intenzitě bouřek mezi polokoulemi se zmenšil na polovinu.Když jsme odstranili pás oceánu, druhá polovina rozdílu bouří byla pryč.Tak poprvé odkrýváme konkrétní vysvětlení bouří na jižní polokouli.
Vzhledem k tomu, že bouře jsou spojeny se závažnými sociálními dopady, jako jsou extrémní větry, teploty a srážky, důležitou otázkou, kterou musíme zodpovědět, je, zda budou budoucí bouře silnější nebo slabší.
Dostávejte e-mailem kurátorská shrnutí všech klíčových článků a článků z Carbon Brief.Více o našem newsletteru se dozvíte zde.
Dostávejte e-mailem kurátorská shrnutí všech klíčových článků a článků z Carbon Brief.Více o našem newsletteru se dozvíte zde.
Klíčovým nástrojem přípravy společností na vypořádání se s dopady změny klimatu je poskytování prognóz založených na klimatických modelech.Nová studie naznačuje, že průměrné bouře na jižní polokouli budou ke konci století intenzivnější.
Naopak změny v průměrné roční intenzitě bouřek na severní polokouli mají být mírné.Částečně je to způsobeno konkurenčními sezónními vlivy mezi oteplováním v tropech, díky kterému jsou bouře silnější, 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. .
Přestože modely signál podhodnocují, indikují 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 chladnější voda je přiváděna na povrch kolem Antarktidy, aby ji nahradila, 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 světla a oslabuje kontrast mezi rovníkem a póly.
Sázky na získání správné odpovědi jsou vysoké.Pro budoucí práci bude důležité určit, proč modely podhodnocují 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
Dostávejte e-mailem kurátorská shrnutí všech klíčových článků a článků z Carbon Brief.Více o našem newsletteru se dozvíte zde.
Dostávejte e-mailem kurátorská shrnutí všech klíčových článků a článků z Carbon Brief.Více o našem newsletteru se dozvíte zde.
Publikováno pod licencí CC.Neupravený materiál můžete reprodukovat jako celek pro nekomerční použití s ​​odkazem na Carbon Brief a odkazem na článek.Pro komerční využití nás prosím kontaktujte.