Profesorica Tiffany Shaw, profesorica, oddelek za geoznake, Univerza v Chicagu
Južna polobla je zelo burno mesto. Vetrovi na različnih širinah so bili opisani kot "ropot štirideset stopinj", "besnih petdeset stopinj" in "kriči šestdeset stopinj". Valovi dosežejo vrtoglavih 78 čevljev (24 metrov).
Kot vsi vemo, nič na severni polobli se ne more ujemati s hudimi nevihtami, vetrom in valovi na južni polobli. Zakaj?
V novi študiji, objavljeni v Zborniku Nacionalne akademije znanosti, moji kolegi in jaz razkrivamo, zakaj so nevihte pogostejše na južni polobli kot na severni.
Združimo več dokazov iz opazovanj, teorije in podnebnih modelov, naši rezultati kažejo na temeljno vlogo globalnih oceanskih "tekočih trakov" in velikih gora na severni polobli.
Pokažemo tudi, da so sčasoma nevihte na južni polobli postale intenzivnejše, tiste na severni polobli pa niso. To je skladno z modeliranjem podnebnega modela globalnega segrevanja.
Te spremembe so pomembne, ker vemo, da močnejše nevihte lahko privedejo do močnejših vplivov, kot so skrajni vetrovi, temperature in padavine.
Dolgo časa je bila večina opazovanj vremena na zemlji narejena iz zemlje. To je znanstvenikom dalo jasno sliko nevihte na severni polobli. Vendar na južni polobli, ki pokriva približno 20 odstotkov zemlje, nismo dobili jasne slike neviht, dokler v poznih sedemdesetih letih niso na voljo satelitske opazovanja.
Od desetletij opazovanja od začetka satelitske dobe vemo, da so nevihte na južni polobli približno 24 odstotkov močnejše od tistih na severni polobli.
To je prikazano na spodnjem zemljevidu, ki prikazuje opaženo povprečno letno intenzivnost nevihte za južno poloblo (zgoraj), severno poloblo (središče) in razliko med njimi (spodaj) od leta 1980 do 2018. (Upoštevajte, da je Južni pol na vrhu primerjave med prvimi in zadnjimi zemljevidi.)
Zemljevid prikazuje vztrajno visoke intenzivnosti neviht v južnem oceanu na južni polobli in njihovo koncentracijo v Tihem oceanu in Atlantskem oceanu (zasenčeno v oranžni) na severni polobli. Zemljevid razlike kaže, da so nevihte na južni polobli močnejše kot na severni polobli (oranžno senčenje) na večini zemljepisnih širin.
Čeprav obstaja veliko različnih teorij, nihče ne ponuja dokončne razlage za razliko v nevihtah med obema polobro.
Ugotovitev razlogov se zdi težka naloga. Kako razumeti tako zapleten sistem, ki obsega na tisoče kilometrov kot vzdušje? Zemlje ne moremo postaviti v kozarec in jo preučiti. Vendar pa to počnejo znanstveniki, ki preučujejo fiziko podnebja. Uporabljamo zakone fizike in jih uporabljamo za razumevanje zemeljskega vzdušja in podnebja.
Najbolj znan primer tega pristopa je pionirsko delo dr. Shuro Manabe, ki je leta 2021 prejel Nobelovo nagrado iz fizike "za njegovo zanesljivo napovedovanje globalnega segrevanja." Njegove napovedi temeljijo na fizičnih modelih podnebja Zemlje, od najpreprostejših enodimenzionalnih temperaturnih modelov do polnopravnih tridimenzionalnih modelov. Preučuje odziv podnebja na naraščajoče ravni ogljikovega dioksida v atmosferi z modeli različne fizične zapletenosti in spremljanje nastajajočih signalov iz osnovnih fizičnih pojavov.
Da bi razumeli več neviht na južni polobli, smo zbrali več dokazov, vključno s podatki iz fizikalnih podnebnih modelov. V prvem koraku preučujemo opazovanja glede na to, kako se porazdeli energijo po zemlji.
Ker je Zemlja krogla, njegova površina neenakomerno sprejema sončno sevanje od sonca. Večina energije se prejema in absorbira na ekvatorju, kjer sončni žarki bolj neposredno udarijo po površini. V nasprotju s tem, da drogovi, ki jih svetloba udari pod strmimi koti, prejemajo manj energije.
Desetletja raziskav so pokazala, da moč nevihte izvira iz te razlike v energiji. V bistvu pretvorijo "statično" energijo, shranjeno v tej razliki, v "kinetično" energijo gibanja. Ta prehod se zgodi s postopkom, znanim kot "baroklinična nestabilnost".
To stališče kaže, da sončna svetloba ne more razložiti večjega števila neviht na južni polobli, saj obe polobli dobita enako količino sončne svetlobe. Namesto tega naša opazovalna analiza kaže, da je lahko razlika v intenzivnosti nevihte med južnim in severom posledica dveh različnih dejavnikov.
Prvič, prevoz oceanske energije, ki ga pogosto imenujejo "tekoči trak." Voda se potopi blizu severnega pola, teče vzdolž oceanskega dna, se dviga okoli Antarktike in teče nazaj proti severu vzdolž ekvatorja, z njim pa nosi energijo. Končni rezultat je prenos energije iz Antarktike na severni pol. To ustvarja večji energetski kontrast med ekvatorjem in drogovi na južni polobli kot na severni polobli, kar ima za posledico močnejše nevihte na južni polobli.
Drugi dejavnik so velike gore na severni polobli, ki, kot je predlagalo Manabejevo prejšnjo delo, dušijo nevihte. Zračni tokovi v velikih gorskih območjih ustvarjajo fiksne višine in padce, ki zmanjšujejo količino energije, ki je na voljo za nevihte.
Vendar analiza samo opazovanih podatkov ne more potrditi teh vzrokov, ker preveč dejavnikov deluje in deluje hkrati. Prav tako ne moremo izključiti posameznih vzrokov za preizkus njihovega pomena.
Za to moramo uporabiti podnebne modele, da preučimo, kako se nevihte spreminjajo, ko se odstranijo različni dejavniki.
Ko smo v simulaciji zgladili zemeljske gore, je bila razlika v intenzivnosti nevihte med polobli prepolovita. Ko smo odstranili transportni trak oceana, druge polovice nevihte ni bilo več. Tako prvič odkrijemo konkretno razlago za nevihte na južni polobli.
Ker so nevihte povezane s hudimi družbenimi vplivi, kot so skrajni vetrovi, temperature in padavine, je pomembno vprašanje, na katerega moramo odgovoriti, ali bodo prihodnje nevihte močnejše ali šibkejše.
Prejemajte kurirane povzetke vseh ključnih člankov in dokumentov iz Carbon Blick po e -pošti. Več o našem glasilu najdete tukaj.
Prejemajte kurirane povzetke vseh ključnih člankov in dokumentov iz Carbon Blick po e -pošti. Več o našem glasilu najdete tukaj.
Ključno orodje pri pripravi društev za obvladovanje učinkov podnebnih sprememb je zagotavljanje napovedi, ki temeljijo na podnebnih modelih. Nova študija kaže, da bodo povprečne nevihte na južni polobli postale intenzivnejše proti koncu stoletja.
Nasprotno, predvideva se, da bodo spremembe povprečne letne intenzivnosti neviht na severni polobli zmerne. Deloma je to posledica konkurenčnih sezonskih učinkov med segrevanjem v tropih, zaradi česar so nevihte močnejše in hitro segrevanje na Arktiki, zaradi česar so šibkejši.
Vendar se podnebje tukaj in zdaj spreminja. Ko pogledamo spremembe v zadnjih nekaj desetletjih, ugotovimo, da so povprečne nevihte v letu na južni polobli postale intenzivnejše, medtem ko so bile spremembe na severni polobli zanemarljive, skladno z napovedi podnebnega modela v istem obdobju.
Čeprav modeli podcenjujejo signal, kažejo na spremembe, ki se pojavljajo iz istih fizičnih razlogov. To pomeni, da spremembe v oceanu povečajo nevihte, ker se toplejša voda premakne proti ekvatorju in hladnejšo vodo na površino okoli Antarktike, da jo nadomesti, kar ima za posledico močnejši kontrast med ekvatorjem in polja.
Na severni polobli se spremembe oceana izravnajo zaradi izgube morskega ledu in snega, zaradi česar Arktika absorbira večjo sončno svetlobo in oslabi kontrast med ekvatorjem in poljama.
Deleže pravega odgovora so visoke. Za prihodnje delo bo pomembno, da ugotovimo, zakaj modeli podcenjujejo opazovani signal, vendar bo enako pomembno, da dobimo pravi odgovor iz pravih fizičnih razlogov.
Xiao, T. et al. (2022) Nevihte na južni polobli zaradi oblik zemljišč in kroženja oceanov, Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Prejemajte kurirane povzetke vseh ključnih člankov in dokumentov iz Carbon Blick po e -pošti. Več o našem glasilu najdete tukaj.
Prejemajte kurirane povzetke vseh ključnih člankov in dokumentov iz Carbon Blick po e -pošti. Več o našem glasilu najdete tukaj.
Objavljeno pod licenco CC. Nerazporejeno gradivo lahko reproducirate v celoti za nekomercialno uporabo s povezavo do ogljikovega kratkega in povezave do članka. Za komercialno uporabo nas kontaktirajte.