Profesorka Tiffany Shaw, profesorka, Katedra geoscience, University of Chicago
Jižní polokoule je velmi turbulentní místo. Vítr v různých zeměpisných šířkách byl popsán jako „řvoucí čtyřicet stupňů“, „zuřivý padesát stupňů“ a „křičí šedesát stupňů“. Vlny dosahují neuvěřitelných 78 stop (24 metrů).
Jak všichni víme, nic na severní polokouli nemůže odpovídat závažným bouřkám, větru a vlnám na jižní polokouli. Proč?
V nové studii zveřejněné ve sborníku Národní akademie věd jsme moji kolegové odhalili, proč jsou bouře běžnější na jižní polokouli než na severu.
Díky kombinaci několika linií důkazů z pozorování, teorie a klimatických modelů naše výsledky poukazují na základní roli globálních oceánských „dopravních pásů“ a velkých hor na severní polokouli.
Ukazujeme také, že postupem času se bouře na jižní polokouli staly intenzivnějšími, zatímco ty na severní polokouli ne. To je v souladu s modelem klimatu 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 vyrobena ze země. To vědcům dalo jasný obraz bouře na severní polokouli. Na jižní polokouli, která pokrývá asi 20 procent země, jsme však nedostali jasný obraz bouří, dokud se na konci 70. let stala dostupná satelitní pozorování.
Od desetiletí pozorování od začátku satelitní éry víme, že bouře na jižní polokouli jsou asi o 24 procent silnější než ty na severní polokouli.
To je uvedeno na níže uvedené mapě, která ukazuje pozorovanou průměrnou roční intenzitu bouře pro jižní polokouli (horní), severní polokouli (střed) a rozdíl mezi nimi (dole) od roku 1980 do roku 2018 (všimněte si, že jižní pól je na vrcholu srovnání mezi prvními a posledními mapami.)
Mapa ukazuje trvale vysokou intenzitu bouří v jižním oceánu na jižní polokouli a jejich koncentraci v Tichomoří a Atlantické oceány (stínované v pomeranč) na severní polokouli. Rozdílná mapa ukazuje, že bouře jsou na jižní polokouli silnější než na severní polokouli (oranžové stínování) ve většině šířek.
Ačkoli existuje mnoho různých teorií, nikdo nenabízí definitivní vysvětlení rozdílu v bouřích mezi oběma hemisférami.
Zjištění důvodů se zdá být obtížným úkolem. Jak pochopit takový složitý systém překlenující tisíce kilometrů, jako je atmosféra? Nemůžeme dát Zemi do sklenice a studovat ji. To je však přesně to, co vědci studují fyziku klimatu. Používáme fyzikální zákony a používáme je k pochopení atmosféry a klimatu Země.
Nejslavnějším příkladem tohoto přístupu je průkopnické dílo Dr. Shuro Manabeho, který obdržel Nobelovu cenu 2021 ve fyzice „za jeho spolehlivou předpověď globálního oteplování“. Jeho předpovědi jsou založeny na fyzických modelech zemského klimatu, od nejjednodušších jednorozměrných teplotních modelů až po plnohodnotné trojrozměrné modely. Studuje reakci klimatu na rostoucí hladinu oxidu uhličitého v atmosféře prostřednictvím modelů různé fyzické složitosti a monitorů objevujících se signálů ze základních fyzikálních jevů.
Abychom pochopili více bouří na jižní polokouli, shromáždili jsme několik řádků důkazů, včetně údajů z klimatických modelů založených na fyzice. V prvním kroku studujeme pozorování z hlediska toho, jak je energie distribuována po celé zemi.
Protože Země je koule, její povrch dostává sluneční záření nerovnoměrně ze slunce. Většina energie je přijímána a absorbována na rovníku, kde sluneční paprsky narazily přímo na povrch. Naproti tomu póly, které světlo zasáhne ve strmých úhlech, dostávají méně energie.
Desetiletí výzkumu ukázalo, že síla bouře pochází z tohoto rozdílu v energii. V podstatě převádějí „statickou“ energii uloženou v tomto rozdílu na „kinetickou“ energii pohybu. K tomuto přechodu dochází procesem známým jako „baroklická nestabilita“.
Tento pohled naznačuje, že dopadající sluneční světlo nemůže vysvětlit větší počet bouří na jižní polokouli, protože obě hemisféry dostávají stejné množství slunečního světla. Místo toho naše observační analýza naznačuje, že rozdíl v intenzitě bouře mezi jihem a severem může být způsoben dvěma různými faktory.
Za prvé, přeprava oceánské energie, často označovaná jako „dopravní pás“. Voda klesá poblíž severního pólu, teče podél dna 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 závažnější bouře na jižní polokouli.
Druhým faktorem jsou velké hory na severní polokouli, která, jak navrhovala Manabeova dřívější práce, tlumila bouře. Vzduchové proudy ve velkých horských pásech vytvářejí pevná maxima a minima, které snižují množství energie dostupné pro bouře.
Analýza samotných pozorovaných údajů však tyto příčiny nemůže potvrdit, protože příliš mnoho faktorů pracuje a interaguje současně. Také nemůžeme vyloučit jednotlivé příčiny, aby otestovali jejich význam.
K tomu musíme použít klimatické modely ke studiu, jak se bouře mění, když jsou odstraněny různé faktory.
Když jsme v simulaci vyhladili horské hory, rozdíl v intenzitě bouře mezi hemisférami byl na polovinu na polovinu. Když jsme odstranili oceánský dopravní pás, druhá polovina rozdílu bouře byla pryč. Poprvé tedy odhalíme konkrétní vysvětlení bouří na jižní polokouli.
Protože bouře jsou spojeny s závažnými sociálními dopady, jako jsou extrémní větry, teploty a srážky, musíme odpovědět na to, zda budoucí bouře budou silnější nebo slabší.
Získejte kurátorské shrnutí všech klíčových článků a článků z uhlíku Brief e -mailem. Více informací o našem zpravodaji zde.
Získejte kurátorské shrnutí všech klíčových článků a článků z uhlíku Brief e -mailem. Více informací o našem zpravodaji zde.
Klíčovým nástrojem při přípravě společností, které se vypořádají s dopady změny klimatu, je poskytnutí prognóz založených na klimatických modelech. Nová studie naznačuje, že průměrné bouře jižní polokoule se na konci století stanou intenzivnější.
Naopak, předpokládá se, že změny průměrné roční intenzity bouří na severní polokouli jsou mírné. To je částečně způsobeno konkurenčními sezónními účinky mezi oteplováním v tropech, což zvyšuje bouře a rychlé oteplování v Arktidě, což je činí slabšími.
Klima se však zde a nyní mění. Když se podíváme na změny v posledních několika desetiletích, 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 předpovědi modelu klimatu ve stejném období.
Ačkoli modely podceňují signál, naznačují změny, ke kterým dochází ze stejných fyzických důvodů. To znamená, že změny v oceánu zvyšují bouře, protože teplejší voda se pohybuje směrem k rovníku a na povrch kolem Antarktidy je přivedena chladnější voda, aby jej nahradila, což má za následek silnější kontrast mezi rovníkem a póly.
Na severní polokouli jsou změny oceánu kompenzovány ztrátou mořského ledu a sněhu, což způsobuje, že Arktida absorbuje více slunečního světla a oslabuje kontrast mezi rovníkem a póly.
Sázky na správnou odpověď jsou vysoké. Pro budoucí práci bude důležité určit, proč modely podceňují pozorovaný signál, ale bude stejně důležité získat správnou odpověď ze správných fyzických důvodů.
Xiao, T. a kol. (2022) Bouře na jižní polokouli v důsledku formy půdy a oceánského oběhu, sborníku Národní akademie věd Spojených států amerických, doi: 10.1073/PNAS.2123512119
Získejte kurátorské shrnutí všech klíčových článků a článků z uhlíku Brief e -mailem. Více informací o našem zpravodaji zde.
Získejte kurátorské shrnutí všech klíčových článků a článků z uhlíku Brief e -mailem. Více informací o našem zpravodaji zde.
Publikováno na základě licence CC. Nedodatovaný materiál můžete reprodukovat v plném rozsahu pro nekomerční použití s ​​odkazem na uhlík a odkaz na článek. Kontaktujte nás pro komerční použití.