Professor Tiffany Shaw, professor, Institutionen för geovetenskap, University of Chicago
Det södra halvklotet är en mycket turbulent plats.Vindar på olika breddgrader har beskrivits som "rytande fyrtio grader", "rasande femtio grader" och "skrikande sextio grader".Vågorna når hela 78 fot (24 meter).
Som vi alla vet kan ingenting på norra halvklotet matcha de svåra stormarna, vinden och vågorna på det södra halvklotet.Varför?
I en ny studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences avslöjar jag och mina kollegor varför stormar är vanligare på det södra halvklotet än på det norra.
Genom att kombinera flera bevis från observationer, teorier och klimatmodeller pekar våra resultat på den grundläggande rollen för globala oceaniska "transportband" och stora berg på norra halvklotet.
Vi visar också att stormarna på södra halvklotet med tiden blev mer intensiva, medan de på norra halvklotet inte gjorde det.Detta överensstämmer med klimatmodeller för global uppvärmning.
Dessa förändringar har betydelse eftersom vi vet att starkare stormar kan leda till allvarligare effekter som extrema vindar, temperaturer och nederbörd.
Under lång tid gjordes de flesta observationer av vädret på jorden från land.Detta gav forskarna en tydlig bild av stormen på norra halvklotet.På södra halvklotet, som täcker cirka 20 procent av landet, fick vi dock ingen klar bild av stormar förrän satellitobservationer blev tillgängliga i slutet av 1970-talet.
Från årtionden av observationer sedan början av satelliteran vet vi att stormar på södra halvklotet är cirka 24 procent starkare än stormar på norra halvklotet.
Detta visas på kartan nedan, som visar den observerade genomsnittliga årliga stormintensiteten för södra halvklotet (överst), norra halvklotet (mitten) och skillnaden mellan dem (nederst) från 1980 till 2018. (Observera att sydpolen är kl. toppen av jämförelsen mellan den första och sista kartan.)
Kartan visar den ihållande höga intensiteten av stormar i södra oceanen på södra halvklotet och deras koncentration i Stilla havet och Atlanten (skuggade i orange) på norra halvklotet.Skillnadskartan visar att stormar är starkare på södra halvklotet än på norra halvklotet (orange skuggning) på de flesta breddgrader.
Även om det finns många olika teorier, ger ingen en definitiv förklaring till skillnaden i stormar mellan de två halvkloten.
Att ta reda på orsakerna verkar vara en svår uppgift.Hur ska man förstå ett så komplext system som sträcker sig över tusentals kilometer som atmosfären?Vi kan inte lägga jorden i en burk och studera den.Det är dock precis vad forskare som studerar klimatets fysik gör.Vi tillämpar fysikens lagar och använder dem för att förstå jordens atmosfär och klimat.
Det mest kända exemplet på detta tillvägagångssätt är Dr. Shuro Manabes banbrytande arbete, som fick Nobelpriset i fysik 2021 "för sin tillförlitliga förutsägelse av global uppvärmning."Dess förutsägelser är baserade på fysiska modeller av jordens klimat, allt från de enklaste endimensionella temperaturmodellerna till fullfjädrade tredimensionella modeller.Den studerar klimatets reaktion på stigande halter av koldioxid i atmosfären genom modeller av varierande fysisk komplexitet och övervakar uppkommande signaler från underliggande fysiska fenomen.
För att förstå fler stormar på södra halvklotet har vi samlat in flera bevis, inklusive data från fysikbaserade klimatmodeller.I det första steget studerar vi observationer i termer av hur energin är fördelad över jorden.
Eftersom jorden är en sfär tar dess yta emot solstrålning ojämnt från solen.Det mesta av energin tas emot och absorberas vid ekvatorn, där solens strålar träffar ytan mer direkt.Däremot får poler som ljus träffar i branta vinklar mindre energi.
Årtionden av forskning har visat att styrkan hos en storm kommer från denna skillnad i energi.I huvudsak omvandlar de den "statiska" energin som lagras i denna skillnad till "kinetisk" rörelseenergi.Denna övergång sker genom en process som kallas "baroklinisk instabilitet".
Denna uppfattning antyder att infallande solljus inte kan förklara det större antalet stormar på södra halvklotet, eftersom båda hemisfärerna får samma mängd solljus.Istället tyder vår observationsanalys på att skillnaden i stormintensitet mellan söder och norr kan bero på två olika faktorer.
För det första, transporten av havsenergi, ofta kallad "transportbandet".Vatten sjunker nära nordpolen, flyter längs havsbotten, stiger runt Antarktis och rinner tillbaka norrut längs ekvatorn och bär energi med sig.Slutresultatet är överföringen av energi från Antarktis till Nordpolen.Detta skapar en större energikontrast mellan ekvatorn och polerna på södra halvklotet än på norra halvklotet, vilket resulterar i kraftigare stormar på södra halvklotet.
Den andra faktorn är de stora bergen på norra halvklotet, som, som Manabes tidigare arbete antydde, dämpar stormar.Luftströmmar över stora bergskedjor skapar fasta toppar och dalar som minskar mängden energi tillgänglig för stormar.
Enbart analys av observerade data kan dock inte bekräfta dessa orsaker, eftersom alltför många faktorer verkar och interagerar samtidigt.Vi kan inte heller utesluta enskilda orsaker för att testa deras betydelse.
För att göra detta behöver vi använda klimatmodeller för att studera hur stormar förändras när olika faktorer tas bort.
När vi jämnade ut jordens berg i simuleringen halverades skillnaden i stormintensitet mellan halvkloten.När vi tog bort havets löpande band var den andra hälften av stormskillnaden borta.Därmed avslöjar vi för första gången en konkret förklaring till stormar på södra halvklotet.
Eftersom stormar är förknippade med allvarliga sociala konsekvenser som extrema vindar, temperaturer och nederbörd, är den viktiga frågan vi måste svara på om framtida stormar kommer att bli starkare eller svagare.
Få kurerade sammanfattningar av alla viktiga artiklar och papper från Carbon Brief via e-post.Läs mer om vårt nyhetsbrev här.
Få kurerade sammanfattningar av alla viktiga artiklar och papper från Carbon Brief via e-post.Läs mer om vårt nyhetsbrev här.
Ett nyckelverktyg för att förbereda samhällen för att hantera effekterna av klimatförändringarna är att tillhandahålla prognoser baserade på klimatmodeller.En ny studie tyder på att medelstormar på södra halvklotet kommer att bli mer intensiva mot slutet av århundradet.
Tvärtom förutspås förändringar i den genomsnittliga årliga intensiteten av stormar på norra halvklotet vara måttliga.Detta beror delvis på konkurrerande säsongseffekter mellan uppvärmning i tropikerna, vilket gör stormar starkare, och snabb uppvärmning i Arktis, vilket gör dem svagare.
Men klimatet här och nu förändras.När vi tittar på förändringar under de senaste decennierna, finner vi att medelstormar har blivit mer intensiva under året på södra halvklotet, medan förändringar på norra halvklotet har varit försumbara, i linje med klimatmodellernas förutsägelser under samma period .
Även om modellerna underskattar signalen, indikerar de förändringar som sker av samma fysiska skäl.Det vill säga förändringar i havet ökar stormarna eftersom varmare vatten rör sig mot ekvatorn och kallare vatten förs till ytan runt Antarktis för att ersätta det, vilket resulterar i en starkare kontrast mellan ekvatorn och polerna.
På norra halvklotet kompenseras havsförändringar av förlust av havsis och snö, vilket gör att Arktis absorberar mer solljus och försvagar kontrasten mellan ekvatorn och polerna.
Insatserna för att få rätt svar är höga.Det kommer att vara viktigt för framtida arbete att avgöra varför modellerna underskattar den observerade signalen, men det kommer att vara lika viktigt att få rätt svar av rätt fysiska skäl.
Xiao, T. et al.(2022) Stormar på södra halvklotet på grund av landformer och havscirkulation, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Få kurerade sammanfattningar av alla viktiga artiklar och papper från Carbon Brief via e-post.Läs mer om vårt nyhetsbrev här.
Få kurerade sammanfattningar av alla viktiga artiklar och papper från Carbon Brief via e-post.Läs mer om vårt nyhetsbrev här.
Publicerad under CC-licens.Du får reproducera det oanpassade materialet i sin helhet för icke-kommersiellt bruk med en länk till Carbon Brief och en länk till artikeln.Kontakta oss för kommersiellt bruk.