Profesore Tifānija Šova, Čikāgas Universitātes Ģeozinātņu katedras profesore
Dienvidu puslode ir ļoti nemierīga vieta. Vēji dažādos platuma grādos ir aprakstīti kā "četrdesmit grādu rēcoši", "nikni piecdesmit grādu rēcīgi" un "sešdesmit grādu kliedzoši". Viļņi sasniedz milzīgus 78 pēdas (24 metrus).
Kā mēs visi zinām, nekas ziemeļu puslodē nevar līdzināties spēcīgām vētrām, vējam un viļņiem dienvidu puslodē. Kāpēc?
Jaunā pētījumā, kas publicēts Nacionālās zinātņu akadēmijas darbos (Proceedings of the National Academy of Sciences), mani kolēģi un es atklājam, kāpēc vētras dienvidu puslodē ir biežākas nekā ziemeļu puslodē.
Apvienojot vairākus pierādījumus no novērojumiem, teorijas un klimata modeļiem, mūsu rezultāti norāda uz globālo okeāna "konveijera lentu" un lielo kalnu fundamentālo lomu ziemeļu puslodē.
Mēs arī parādām, ka laika gaitā vētras dienvidu puslodē kļuva intensīvākas, savukārt ziemeļu puslodē vētras ne. Tas atbilst globālās sasilšanas klimata modeļu modelēšanai.
Šīs izmaiņas ir svarīgas, jo mēs zinām, ka spēcīgākas vētras var izraisīt nopietnākas sekas, piemēram, ekstremālus vējus, temperatūras svārstības un nokrišņus.
Ilgu laiku lielākā daļa Zemes laikapstākļu novērojumu tika veikti no sauszemes. Tas zinātniekiem deva skaidru priekšstatu par vētrām ziemeļu puslodē. Tomēr dienvidu puslodē, kas aizņem aptuveni 20 procentus sauszemes, mēs neieguvām skaidru priekšstatu par vētrām, līdz 20. gs. septiņdesmito gadu beigās kļuva pieejami satelītu novērojumi.
Kopš satelītu ēras sākuma, veicot novērojumus gadu desmitiem, mēs zinām, ka vētras dienvidu puslodē ir par aptuveni 24 procentiem spēcīgākas nekā ziemeļu puslodē.
Tas ir parādīts zemāk esošajā kartē, kurā parādīta novērotā vidējā gada vētru intensitāte dienvidu puslodē (augšā), ziemeļu puslodē (centrā) un atšķirība starp tām (apakšā) no 1980. līdz 2018. gadam. (Ņemiet vērā, ka Dienvidpols ir pirmās un pēdējās kartes salīdzinājumā augšpusē.)
Kartē attēlota pastāvīgi augstā vētru intensitāte Dienvidu okeānā dienvidu puslodē un to koncentrācija Klusajā okeānā un Atlantijas okeānā (oranžā krāsā) ziemeļu puslodē. Atšķirību karte rāda, ka vētras dienvidu puslodē ir spēcīgākas nekā ziemeļu puslodē (oranžā krāsā) lielākajā daļā platuma grādu.
Lai gan pastāv daudz dažādu teoriju, neviena nepiedāvā galīgu skaidrojumu vētru atšķirībām starp abām puslodēm.
Šķiet, ka iemeslu noskaidrošana ir sarežģīts uzdevums. Kā izprast tik sarežģītu sistēmu, kas stiepjas tūkstošiem kilometru garumā kā atmosfēra? Mēs nevaram ievietot Zemi burkā un pētīt to. Tomēr tieši to dara zinātnieki, kas pēta klimata fiziku. Mēs pielietojam fizikas likumus un izmantojam tos, lai izprastu Zemes atmosfēru un klimatu.
Slavenākais šīs pieejas piemērs ir Dr. Šuro Manabe novatoriskais darbs, kurš 2021. gadā saņēma Nobela prēmiju fizikā "par ticamu globālās sasilšanas prognozi". Tās prognozes ir balstītas uz Zemes klimata fizikāliem modeļiem, sākot no vienkāršākajiem viendimensiju temperatūras modeļiem līdz pilnvērtīgiem trīsdimensiju modeļiem. Tajā tiek pētīta klimata reakcija uz oglekļa dioksīda līmeņa paaugstināšanos atmosfērā, izmantojot dažādas fizikālās sarežģītības modeļus, un tiek uzraudzīti jauni signāli no pamatā esošajām fizikālajām parādībām.
Lai labāk izprastu vētras dienvidu puslodē, esam apkopojuši vairākus pierādījumus, tostarp datus no uz fiziku balstītiem klimata modeļiem. Pirmajā solī mēs pētām novērojumus par to, kā enerģija tiek sadalīta pa Zemi.
Tā kā Zeme ir sfēra, tās virsma nevienmērīgi saņem saules starojumu. Lielākā daļa enerģijas tiek uztverta un absorbēta pie ekvatora, kur saules stari tiešāk skar virsmu. Turpretī poli, uz kuriem gaisma skar stāvus leņķus, saņem mazāk enerģijas.
Desmitgadēm ilgi pētījumi ir parādījuši, ka vētras stiprums rodas no šīs enerģijas atšķirības. Būtībā tās pārvērš šajā atšķirībā uzkrāto “statisko” enerģiju par kustības “kinētisko” enerģiju. Šī pāreja notiek procesā, kas pazīstams kā “baroklīniskā nestabilitāte”.
Šis uzskats liek domāt, ka krītošā saules gaisma nevar izskaidrot lielāku vētru skaitu dienvidu puslodē, jo abas puslodes saņem vienādu saules gaismas daudzumu. Tā vietā mūsu novērojumu analīze liecina, ka vētru intensitātes atšķirība starp dienvidiem un ziemeļiem varētu būt saistīta ar diviem dažādiem faktoriem.
Pirmkārt, okeāna enerģijas transportēšana, ko bieži dēvē par "konveijera lenti". Ūdens nogrimst Ziemeļpola tuvumā, plūst pa okeāna gultni, paceļas ap Antarktīdu un plūst atpakaļ uz ziemeļiem pa ekvatoru, nesot sev līdzi enerģiju. Gala rezultāts ir enerģijas pārnešana no Antarktīdas uz Ziemeļpolu. Tas rada lielāku enerģijas kontrastu starp ekvatoru un poliem dienvidu puslodē nekā ziemeļu puslodē, kā rezultātā dienvidu puslodē rodas spēcīgākas vētras.
Otrais faktors ir lielie kalni ziemeļu puslodē, kas, kā jau liecināja Manabe agrākais darbs, slāpē vētras. Gaisa plūsmas virs lielām kalnu grēdām rada fiksētus augstumus un kritumus, kas samazina vētrām pieejamās enerģijas daudzumu.
Tomēr tikai novēroto datu analīze nevar apstiprināt šos cēloņus, jo pārāk daudz faktoru darbojas un mijiedarbojas vienlaicīgi. Tāpat mēs nevaram izslēgt atsevišķus cēloņus, lai pārbaudītu to nozīmīgumu.
Lai to izdarītu, mums jāizmanto klimata modeļi, lai pētītu, kā vētras mainās, kad tiek novērsti dažādi faktori.
Kad simulācijā mēs izlīdzinājām Zemes kalnus, vētru intensitātes atšķirība starp puslodēm samazinājās uz pusi. Kad mēs noņēmām okeāna konveijera lenti, otra puse no vētru atšķirības pazuda. Tādējādi mēs pirmo reizi atklājam konkrētu skaidrojumu vētrām dienvidu puslodē.
Tā kā vētras ir saistītas ar nopietnām sociālām sekām, piemēram, ārkārtēju vēju, temperatūru un nokrišņiem, svarīgais jautājums, uz kuru mums jāatbild, ir tas, vai nākotnes vētras būs spēcīgākas vai vājākas.
Saņemiet pa e-pastu visu svarīgāko Carbon Brief rakstu un dokumentu rūpīgi atlasītus kopsavilkumus. Uzziniet vairāk par mūsu jaunumu vēstkopu šeit.
Saņemiet pa e-pastu visu svarīgāko Carbon Brief rakstu un dokumentu rūpīgi atlasītus kopsavilkumus. Uzziniet vairāk par mūsu jaunumu vēstkopu šeit.
Galvenais instruments sabiedrību sagatavošanā klimata pārmaiņu seku pārvarēšanai ir prognožu sniegšana, kuru pamatā ir klimata modeļi. Jauns pētījums liecina, ka vidējās dienvidu puslodes vētras gadsimta beigās kļūs intensīvākas.
Gluži pretēji, paredzams, ka izmaiņas vidējā vētru gada intensitātē ziemeļu puslodē būs mērenas. Tas daļēji ir saistīts ar konkurējošu sezonālu ietekmi starp sasilšanu tropos, kas padara vētras spēcīgākas, un straujo sasilšanu Arktikā, kas tās padara vājākas.
Tomēr klimats šeit un tagad mainās. Aplūkojot izmaiņas pēdējo desmitgažu laikā, mēs redzam, ka dienvidu puslodē vidējās vētras gada laikā ir kļuvušas intensīvākas, savukārt ziemeļu puslodē izmaiņas ir bijušas niecīgas, kas atbilst klimata modeļu prognozēm tajā pašā laika posmā.
Lai gan modeļi signālu novērtē par zemu, tie norāda uz izmaiņām, kas notiek to pašu fizisko iemeslu dēļ. Tas ir, izmaiņas okeānā palielina vētru skaitu, jo siltāks ūdens virzās uz ekvatoru un ap Antarktīdu uz virsmas tiek nests aukstāks ūdens, lai to aizstātu, kā rezultātā rodas spēcīgāks kontrasts starp ekvatoru un poliem.
Ziemeļu puslodē okeāna izmaiņas kompensē jūras ledus un sniega zudums, kā rezultātā Arktika absorbē vairāk saules gaismas un vājina kontrastu starp ekvatoru un poliem.
Pareizās atbildes iegūšanas likmes ir augstas. Turpmākajam darbam būs svarīgi noteikt, kāpēc modeļi nenovērtē novēroto signālu, taču tikpat svarīgi būs iegūt pareizo atbildi pareizo fizisko iemeslu dēļ.
Sjao, T. u.c. (2022) Vētras dienvidu puslodē reljefa formu un okeāna cirkulācijas dēļ, Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Saņemiet pa e-pastu visu svarīgāko Carbon Brief rakstu un dokumentu rūpīgi atlasītus kopsavilkumus. Uzziniet vairāk par mūsu jaunumu vēstkopu šeit.
Saņemiet pa e-pastu visu svarīgāko Carbon Brief rakstu un dokumentu rūpīgi atlasītus kopsavilkumus. Uzziniet vairāk par mūsu jaunumu vēstkopu šeit.
Publicēts saskaņā ar CC licenci. Jūs drīkstat pilnībā reproducēt nepielāgoto materiālu nekomerciālai lietošanai, pievienojot saiti uz Carbon Brief un saiti uz rakstu. Lūdzu, sazinieties ar mums komerciālai lietošanai.