Professor Tiffany Shaw, professor, institutionen för geovetenskaper, University of Chicago
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 24 meter.
Som vi alla vet kan ingenting på norra halvklotet mäta sig med de kraftiga stormarna, vinden och vågorna på södra halvklotet. Varför?
I en ny studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences avslöjar mina kollegor och jag varför stormar är vanligare på södra halvklotet än på det norra.
Genom att kombinera flera bevis från observationer, teori och klimatmodeller pekar våra resultat på den grundläggande rollen som globala oceaniska "transportband" och stora berg på norra halvklotet spelar.
Vi visar också att stormar 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 är viktiga 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 forskare en tydlig bild av stormen på norra halvklotet. Men på södra halvklotet, som täcker cirka 20 procent av landytan, fick vi inte en tydlig bild av stormar förrän satellitobservationer blev tillgängliga i slutet av 1970-talet.
Från årtionden av observationer sedan satelliternas början vet vi att stormar på södra halvklotet är cirka 24 procent starkare än de 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 högst upp i 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. Differenskartan 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, erbjuder 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. Men det är just detta som forskare som studerar klimatfysik gör. Vi tillämpar fysikens lagar och använder dem för att förstå jordens atmosfär och klimat.
Det mest kända exemplet på denna metod är det banbrytande arbetet av Dr. Shuro Manabe, som fick Nobelpriset i fysik 2021 "för sin tillförlitliga förutsägelse av global uppvärmning". Dess förutsägelser baseras på fysiska modeller av jordens klimat, allt från de enklaste endimensionella temperaturmodellerna till fullfjädrade tredimensionella modeller. Den studerar klimatets reaktion på stigande nivåer av koldioxid i atmosfären genom modeller av varierande fysisk komplexitet och övervakar nya 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 fördelas 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 en storms styrka 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 "baroklin instabilitet".
Denna uppfattning antyder att infallande solljus inte kan förklara det större antalet stormar på södra halvklotet, eftersom båda halvkloten 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 flyter tillbaka norrut längs ekvatorn och bär med sig energi. Slutresultatet är överföring 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, vilka, som Manabes tidigare arbete antydde, dämpar stormar. Luftströmmar över stora bergskedjor skapar fasta toppar och dalar som minskar mängden energi som är tillgänglig för stormar.
Analys av observerade data ensamt 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 transportband var den andra hälften av stormskillnaden borta. Därmed upptäcker vi för första gången en konkret förklaring till stormar på södra halvklotet.
Eftersom stormar är förknippade med allvarliga sociala effekter som extrema vindar, temperaturer och nederbörd, är den viktiga frågan vi måste besvara om framtida stormar kommer att bli starkare eller svagare.
Få sammanfattningar av alla viktiga artiklar och rapporter från Carbon Brief via e-post. Läs mer om vårt nyhetsbrev här.
Få sammanfattningar av alla viktiga artiklar och rapporter från Carbon Brief via e-post. Läs mer om vårt nyhetsbrev här.
Ett viktigt verktyg för att förbereda samhällen för att hantera effekterna av klimatförändringarna är att tillhandahålla prognoser baserade på klimatmodeller. En ny studie tyder på att genomsnittliga stormar på södra halvklotet kommer att bli mer intensiva mot slutet av århundradet.
Tvärtom förväntas förändringarna i den genomsnittliga årliga intensiteten för stormar på norra halvklotet vara måttliga. Detta beror delvis på konkurrerande säsongseffekter mellan uppvärmning i tropikerna, vilket gör stormarna starkare, och snabb uppvärmning i Arktis, vilket gör dem svagare.
Klimatet här och nu förändras dock. När vi tittar på förändringarna under de senaste decennierna finner vi att genomsnittliga stormar har blivit mer intensiva under årets lopp på södra halvklotet, medan förändringarna på norra halvklotet har varit försumbara, vilket överensstämmer med klimatmodellprognoser under samma period.
Även om modellerna underskattar signalen, indikerar de förändringar som sker av samma fysiska skäl. Det vill säga, förändringar i havet ökar stormar eftersom varmare vatten rör sig mot ekvatorn och kallare vatten förs upp till ytan runt Antarktis för att ersätta det, vilket resulterar i en starkare kontrast mellan ekvatorn och polerna.
På norra halvklotet motverkas havsförändringarna av förlusten 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 fastställa varför modellerna underskattar den observerade signalen, men det kommer att vara lika viktigt att få rätt svar av rätt fysikaliska 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 sammanfattningar av alla viktiga artiklar och rapporter från Carbon Brief via e-post. Läs mer om vårt nyhetsbrev här.
Få sammanfattningar av alla viktiga artiklar och rapporter från Carbon Brief via e-post. Läs mer om vårt nyhetsbrev här.
Publicerad under CC-licens. Du får reproducera det obearbetade materialet i sin helhet för icke-kommersiellt bruk med en länk till Carbon Brief och en länk till artikeln. Vänligen kontakta oss för kommersiellt bruk.