Profesorė Tiffany Shaw, Čikagos universiteto Geomokslų katedros profesorė
Pietinis pusrutulis yra labai nerami vieta. Įvairiose platumose vėjai apibūdinami kaip „riaumojantys keturiasdešimties laipsnių“, „įnirtingi penkiasdešimties laipsnių“ ir „rėkiantys šešiasdešimties laipsnių“. Bangos siekia net 78 pėdas (24 metrus).
Kaip visi žinome, niekas šiauriniame pusrutulyje negali prilygti smarkioms audroms, vėjui ir bangoms pietiniame pusrutulyje. Kodėl?
Naujame tyrime, paskelbtame Nacionalinės mokslų akademijos darbai , mano kolegos ir aš atskleidžiame, kodėl audros dažniau pasitaiko pietiniame pusrutulyje nei šiauriniame.
Apjungdami kelis stebėjimų, teorijos ir klimato modelių įrodymus, mūsų rezultatai rodo esminį pasaulinių vandenynų „konvejerio juostų“ ir didelių kalnų vaidmenį šiauriniame pusrutulyje.
Taip pat parodome, kad laikui bėgant audros pietiniame pusrutulyje sustiprėjo, o šiauriniame pusrutulyje – ne. Tai atitinka klimato modelio, modeliuojančio visuotinį atšilimą, duomenis.
Šie pokyčiai svarbūs, nes žinome, kad stipresnės audros gali sukelti rimtesnių padarinių, tokių kaip ekstremalūs vėjai, temperatūra ir krituliai.
Ilgą laiką dauguma Žemės orų stebėjimų buvo atliekami iš sausumos. Tai leido mokslininkams susidaryti aiškų vaizdą apie audras šiauriniame pusrutulyje. Tačiau pietiniame pusrutulyje, kuris apima apie 20 procentų sausumos, aiškaus audrų vaizdo negavome iki tol, kol aštuntojo dešimtmečio pabaigoje tapo prieinami palydoviniai stebėjimai.
Remiantis dešimtmečius trukusiais stebėjimais nuo palydovų eros pradžios, žinome, kad audros pietiniame pusrutulyje yra apie 24 procentais stipresnės nei šiauriniame pusrutulyje.
Tai parodyta toliau pateiktame žemėlapyje, kuriame parodytas stebėtas vidutinis metinis audrų intensyvumas Pietų pusrutulyje (viršuje), Šiaurės pusrutulyje (centre) ir skirtumas tarp jų (apačioje) nuo 1980 iki 2018 m. (Atkreipkite dėmesį, kad Pietų ašigalis yra pirmojo ir paskutiniojo žemėlapių palyginimo viršuje.)
Žemėlapyje parodytas nuolat didelis audrų intensyvumas Pietų vandenyne pietiniame pusrutulyje ir jų koncentracija Ramiajame bei Atlanto vandenynuose (pažymėta oranžine spalva) šiaurės pusrutulyje. Skirtumų žemėlapis rodo, kad audros yra stipresnės pietiniame pusrutulyje nei šiaurės pusrutulyje (oranžinis šešėliavimas) daugumoje platumų.
Nors yra daug skirtingų teorijų, niekas nepateikia galutinio paaiškinimo, kodėl audrų dažnis abiejuose pusrutuliuose skiriasi.
Išsiaiškinti priežastis atrodo sudėtinga užduotis. Kaip suprasti tokią sudėtingą, tūkstančius kilometrų besidriekiančią sistemą kaip atmosfera? Negalime Žemės įdėti į stiklainį ir jos tyrinėti. Tačiau būtent tai ir daro mokslininkai, tyrinėjantys klimato fiziką. Mes taikome fizikos dėsnius ir juos naudojame Žemės atmosferai ir klimatui suprasti.
Garsiausias šio požiūrio pavyzdys yra novatoriškas dr. Shuro Manabe, kuris 2021 m. gavo Nobelio fizikos premiją „už patikimą visuotinio atšilimo prognozę“, darbas. Jo prognozės pagrįstos fiziniais Žemės klimato modeliais – nuo ​​paprasčiausių vienmačių temperatūros modelių iki visaverčių trimačių modelių. Jis tiria klimato reakciją į didėjantį anglies dioksido kiekį atmosferoje, naudodamas įvairaus fizinio sudėtingumo modelius, ir stebi kylančius signalus, kylančius iš pagrindinių fizinių reiškinių.
Norėdami geriau suprasti audras pietiniame pusrutulyje, surinkome keletą įrodymų, įskaitant duomenis iš fizikos pagrindais pagrįstų klimato modelių. Pirmajame etape tyrinėjame stebėjimus, susijusius su energijos pasiskirstymu Žemėje.
Kadangi Žemė yra sfera, jos paviršius saulės spindulius gauna netolygiai. Didžioji dalis energijos gaunama ir sugeriama ties pusiauju, kur saulės spinduliai į paviršių krinta tiesiau. Priešingai, ašigaliai, į kuriuos šviesa krinta stačiais kampais, gauna mažiau energijos.
Dešimtmečius trukę tyrimai parodė, kad audros stiprumas kyla iš šio energijos skirtumo. Iš esmės, jos paverčia šiame skirtume sukauptą „statinę“ energiją į „kinetinę“ judėjimo energiją. Šis perėjimas vyksta per procesą, vadinamą „barokliniu nestabilumu“.
Šis požiūris rodo, kad krintanti saulės šviesa negali paaiškinti didesnio audrų skaičiaus pietiniame pusrutulyje, nes abu pusrutuliai gauna vienodą saulės šviesos kiekį. Vietoj to, mūsų stebėjimo analizė rodo, kad audrų intensyvumo skirtumas tarp pietų ir šiaurės gali būti dėl dviejų skirtingų veiksnių.
Pirma, vandenynų energijos pernaša, dažnai vadinama „konvejerio juosta“. Vanduo nusėda netoli Šiaurės ašigalio, teka vandenyno dugnu, kyla aplink Antarktidą ir teka atgal į šiaurę palei pusiaują, kartu su savimi nešdamas energiją. Galutinis rezultatas yra energijos perdavimas iš Antarktidos į Šiaurės ašigalį. Dėl to Pietų pusrutulyje tarp pusiaujo ir ašigalių susidaro didesnis energijos kontrastas nei Šiaurės pusrutulyje, todėl Pietų pusrutulyje kyla smarkesnės audros.
Antras veiksnys – dideli šiaurinio pusrutulio kalnai, kurie, kaip teigiama ankstesniuose Manabe darbuose, slopina audras. Oro srovės virš didelių kalnų grandinių sukuria fiksuotas aukštumas ir žemumas, kurios sumažina audroms prieinamos energijos kiekį.
Tačiau vien stebimų duomenų analizė negali patvirtinti šių priežasčių, nes per daug veiksnių veikia ir sąveikauja vienu metu. Be to, negalime atmesti atskirų priežasčių, kad patikrintume jų reikšmingumą.
Norėdami tai padaryti, turime naudoti klimato modelius, kad ištirtume, kaip audros keičiasi, kai pašalinami skirtingi veiksniai.
Kai modeliavime išlyginome Žemės kalnus, audrų intensyvumo skirtumas tarp pusrutulių sumažėjo perpus. Pašalinus vandenyno konvejerio juostą, kita audrų skirtumo pusė išnyko. Taigi, pirmą kartą atradome konkretų audrų pietų pusrutulyje paaiškinimą.
Kadangi audros yra susijusios su dideliu socialiniu poveikiu, tokiu kaip ekstremalūs vėjai, temperatūra ir krituliai, svarbus klausimas, į kurį turime atsakyti, yra tai, ar būsimos audros bus stipresnės, ar silpnesnės.
Gaukite el. paštu kuruojamas visų svarbiausių „Carbon Brief“ straipsnių ir dokumentų santraukas. Daugiau apie mūsų naujienlaiškį sužinokite čia.
Gaukite el. paštu kuruojamas visų svarbiausių „Carbon Brief“ straipsnių ir dokumentų santraukas. Daugiau apie mūsų naujienlaiškį sužinokite čia.
Svarbiausia priemonė rengiant visuomenes susidoroti su klimato kaitos padariniais yra prognozių, pagrįstų klimato modeliais, teikimas. Naujas tyrimas rodo, kad vidutinės pietinio pusrutulio audros artėjant amžiaus pabaigai taps intensyvesnės.
Priešingai, prognozuojama, kad vidutinio metinio audrų intensyvumo pokyčiai Šiaurės pusrutulyje bus nedideli. Iš dalies tai lemia sezoniniai veiksniai – atogrąžų klimato atšilimas, dėl kurio audros stiprėja, ir spartus Arkties klimato atšilimas, dėl kurio jos silpnėja.
Tačiau klimatas čia ir dabar keičiasi. Žvelgiant į pokyčius per pastaruosius kelis dešimtmečius, pastebime, kad pietiniame pusrutulyje vidutinės audros per metus tapo intensyvesnės, o šiauriniame pusrutulyje pokyčiai buvo nežymūs, o tai atitinka klimato modelių prognozes tuo pačiu laikotarpiu.
Nors modeliai nepakankamai įvertina signalą, jie rodo, kad pokyčiai vyksta dėl tų pačių fizinių priežasčių. Tai yra, vandenyno pokyčiai sustiprina audras, nes šiltesnis vanduo juda link pusiaujo, o aplink Antarktidą į paviršių iškyla šaltesnis vanduo, todėl kontrastas tarp pusiaujo ir ašigalių tampa stipresnis.
Šiaurės pusrutulyje vandenynų pokyčius atsveria jūros ledo ir sniego tirpimas, todėl Arktis sugeria daugiau saulės šviesos ir silpnėja kontrastas tarp pusiaujo ir ašigaliais.
Gauti teisingą atsakymą yra labai svarbu. Ateityje bus svarbu nustatyti, kodėl modeliai nepakankamai įvertina stebimą signalą, tačiau lygiai taip pat svarbu bus gauti teisingą atsakymą dėl teisingų fizinių priežasčių.
Xiao, T. ir kt. (2022) Audros pietų pusrutulyje dėl reljefo formų ir vandenyno cirkuliacijos, Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos darbai, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Gaukite el. paštu kuruojamas visų svarbiausių „Carbon Brief“ straipsnių ir dokumentų santraukas. Daugiau apie mūsų naujienlaiškį sužinokite čia.
Gaukite el. paštu kuruojamas visų svarbiausių „Carbon Brief“ straipsnių ir dokumentų santraukas. Daugiau apie mūsų naujienlaiškį sužinokite čia.
Paskelbta pagal CC licenciją. Galite atgaminti visą neadaptuotą medžiagą nekomerciniais tikslais, pateikdami nuorodą į „Carbon Brief“ ir nuorodą į straipsnį. Dėl komercinio naudojimo susisiekite su mumis.