Professor Tiffany Shaw, professor, avdelningen för geovetenskap, University of Chicago
Södra halvklotet är en mycket turbulent plats. Vindar på olika breddegrader har beskrivits som "brusande fyrtio grader", "rasande femtio grader" och "skrikande sextio grader". Vågor når hela 78 fot (24 meter).
Som vi alla vet kan ingenting på norra halvklotet matcha de allvarliga stormarna, vind och vågor på södra halvklotet. Varför?
I en ny studie som publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences, avslöjar mina kollegor och jag varför stormar är vanligare på södra halvklotet än i norra.
Genom att kombinera flera bevis från observationer, teori och klimatmodeller pekar våra resultat på den grundläggande rollen för globala oceaniska "transportband" och stora berg på norra halvklotet.
Vi visar också att stormar med tiden på södra halvklotet blev mer intensiva, medan de på norra halvklotet inte gjorde det. Detta överensstämmer med klimatmodellmodellering av den globala uppvärmningen.
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 av land. Detta gav forskare en tydlig bild av stormen på norra halvklotet. Men på södra halvklotet, som täcker cirka 20 procent av landet, fick vi inte en klar bild av stormar förrän satellitobservationer blev tillgängliga i slutet av 1970 -talet.
Från decennier av observation sedan början av satellittiden 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 (mitt) och skillnaden mellan dem (botten) från 1980 till 2018. (Observera att sydpolen är överst på jämförelsen mellan de första och sista kartorna.)
Kartan visar den ständigt höga intensiteten av stormar i södra havet på södra halvklotet och deras koncentration i Stilla havet och Atlanten (skuggad i orange) på norra halvklotet. Skillnadskartan visar att stormar är starkare på södra halvklotet än på norra halvklotet (orange skuggning) på de flesta breddegrader.
Även om det finns många olika teorier, erbjuder ingen en definitiv förklaring till skillnaden i stormar mellan de två halvkuglarna.
Att ta reda på orsakerna verkar vara en svår uppgift. Hur förstår man ett så komplext system som sträcker sig över tusentals kilometer som atmosfären? Vi kan inte sätta jorden i en burk och studera den. Detta är emellertid just vad forskare som studerar klimatens fysik gör. Vi tillämpar fysikens lagar och använder dem för att förstå jordens atmosfär och klimat.
Det mest kända exemplet på detta tillvägagångssätt är det banbrytande arbetet från Dr. Shuro Manabe, som fick Nobelpriset 2021 i fysik "för hans tillförlitliga förutsägelse av den globala uppvärmningen." Dess förutsägelser är baserade på fysiska modeller av jordens klimat, allt från de enklaste endimensionella temperaturmodellerna till fullfjädrade tredimensionella modeller. Den studerar klimatets svar 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 flera bevislinjer, inklusive data från fysikbaserade klimatmodeller. I det första steget studerar vi observationer i termer av hur energi distribueras över jorden.
Eftersom jorden är en sfär får ytan 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 konverterar 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 halvkuglarna får samma mängd solljus. Istället antyder vår observationsanalys att skillnaden i stormintensitet mellan söder och norr kan bero på två olika faktorer.
Först transport av havsenergi, ofta kallad "transportband." Vatten sjunker nära Nordpolen, rinner längs havsbotten, stiger runt Antarktis och flyter tillbaka norrut längs ekvatorn och bär energi med den. 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 svårare stormar på södra halvklotet.
Den andra faktorn är de stora bergen på norra halvklotet, som, som Manabes tidigare verk föreslog, dämpar stormar. Luftströmmar över stora bergskedjor skapar fasta höjder och lågheter som minskar mängden energi som finns tillgängliga för stormar.
Analys av observerade data enbart kan emellertid inte bekräfta dessa orsaker, eftersom för många faktorer fungerar och interagerar samtidigt. Vi kan inte heller utesluta enskilda orsaker för att testa deras betydelse.
För att göra detta måste vi använda klimatmodeller för att studera hur stormar förändras när olika faktorer tas bort.
När vi utjämnade jordens berg i simuleringen halverades skillnaden i stormintensitet mellan halvkugnen. När vi tog bort havets transportband var den andra hälften av stormskillnaden borta. Således avslöjar 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 vara starkare eller svagare.
Få kuraterade sammanfattningar av alla viktiga artiklar och papper från koldioxid via e -post. Ta reda på mer om vårt nyhetsbrev här.
Få kuraterade sammanfattningar av alla viktiga artiklar och papper från koldioxid via e -post. Ta reda på mer om vårt nyhetsbrev här.
Ett viktigt verktyg för att förbereda samhällen för att hantera effekterna av klimatförändringar är tillhandahållandet av prognoser baserade på klimatmodeller. En ny studie tyder på att genomsnittliga stormar i södra halvklotet kommer att bli mer intensiva mot slutet av seklet.
Tvärtom, förändringar i den genomsnittliga årliga intensiteten av stormar på norra halvklotet förutspås 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 genomsnittliga stormar har blivit mer intensiva under året på södra halvklotet, medan förändringar på norra halvklotet har varit försumbara, i överensstämmelse med förutsägelser om klimatmodell under samma period.
Även om modellerna underskattar signalen indikerar de förändringar som inträffar av samma fysiska skäl. Det vill säga förändringar i havet ökar stormarna eftersom varmare vatten rör sig mot ekvatorn och kallare vatten föras till ytan runt Antarktis för att ersätta den, vilket resulterar i en starkare kontrast mellan ekvatorn och polerna.
På norra halvklotet kompenseras havsförändringarna av förlusten av havsis och snö, vilket får Arktis att ta upp mer solljus och försvaga 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, förfaranden från National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Få kuraterade sammanfattningar av alla viktiga artiklar och papper från koldioxid via e -post. Ta reda på mer om vårt nyhetsbrev här.
Få kuraterade sammanfattningar av alla viktiga artiklar och papper från koldioxid via e -post. Ta reda på mer om vårt nyhetsbrev här.
Publicerad under CC -licens. Du kan återge det oanpassade materialet i sin helhet för icke-kommersiellt bruk med en länk till koldioxiden och en länk till artikeln. Kontakta oss för kommersiellt bruk.