Čikāgas Universitātes ģeoloģisko zinātņu katedras profesore Tiffany Shaw, profesore Šava
Dienvidu puslode ir ļoti vētraina vieta. Vējš dažādos platuma grādos ir aprakstīts kā “rēcoši četrdesmit grādi”, “nikni piecdesmit grādi” un “sešdesmit grādu kliedzieni”. Viļņi sasniedz milzīgas 78 pēdas (24 metri).
Kā mēs visi zinām, nekas ziemeļu puslodē neko nevar sakrist ar smagajām vētrām, vēju un viļņiem dienvidu puslodē. Kāpēc?
Jaunā pētījumā, kas publicēts Nacionālās zinātņu akadēmijas procesā, mani kolēģi un es atklājam, kāpēc vētras ir biežāk sastopamas dienvidu puslodē nekā ziemeļos.
Apvienojot vairākas pierādījumu līnijas no novērojumiem, teorijas un klimata modeļiem, mūsu rezultāti norāda uz globālās okeāna “konveijera lentes” un lielo kalnu galveno lomu ziemeļu puslodē.
Mēs arī parādām, ka laika gaitā vētras dienvidu puslodē kļuva intensīvākas, savukārt ziemeļu puslodē to nedarīja. Tas saskan ar globālās sasilšanas klimata modeļa modelēšanu.
Šīs izmaiņas ir nozīmīgas, jo mēs zinām, ka spēcīgākas vētras var izraisīt smagāku triecienu, piemēram, ārkārtēju vēju, temperatūru un nokrišņus.
Ilgu laiku lielākā daļa laika uz zemes tika veikti no zemes. Tas zinātniekiem deva skaidru vētru priekšstatu ziemeļu puslodē. Tomēr dienvidu puslodē, kas aptver apmēram 20 procentus no zemes, mēs nesaņēmām skaidru vētru priekšstatu, līdz satelīta novērojumi kļuva pieejami 70. gadu beigās.
Kopš satelīta laikmeta sākuma gadu desmitiem mēs zinām, ka vētras dienvidu puslodē ir aptuveni 24 procenti spēcīgākas nekā ziemeļu puslodē.
Tas ir parādīts zemāk esošajā kartē, kas parāda novēroto vidējo gada vētras intensitāti dienvidu puslodē (augšpusē), ziemeļu puslodē (centrā) un atšķirību starp tām (apakšā) no 1980. līdz 2018. gadam (ņemiet vērā, ka dienvidu pols ir salīdzinājuma augšdaļā starp pirmajām un pēdējām kartēm.).
Karte parāda pastāvīgi augsto vētru intensitāti dienvidu okeānā dienvidu puslodē un to koncentrācija Klusajā okeānā un Atlantijas okeānos (apēnoti oranžā krāsā) ziemeļu puslodē. Atšķirības karte rāda, ka vētras ir spēcīgākas dienvidu puslodē nekā ziemeļu puslodē (apelsīnu ēnojums) lielākajā daļā platuma grādu.
Lai arī ir daudz dažādu teoriju, neviens nepiedāvā skaidru skaidrojumu par vētru atšķirībām starp abām puslodēm.
Iemeslu uzzināšana šķiet grūts uzdevums. Kā izprast tik sarežģītu sistēmu, kas aptver tūkstošiem kilometru kā atmosfēra? Mēs nevaram ievietot zemi burkā un izpētīt to. Tomēr tas ir tieši tas, ko dara zinātnieki, kuri pēta klimata fiziku. Mēs piemērojam fizikas likumus un izmantojam tos, lai izprastu Zemes atmosfēru un klimatu.
Visslavenākais šīs pieejas piemērs ir Dr Shuro Manabe novatoriskais darbs, kurš saņēma 2021. gada Nobela prēmiju fizikā “par viņa ticamo globālās sasilšanas prognozēšanu”. Tās prognozes ir balstītas uz Zemes klimata fiziskajiem modeļiem, sākot no vienkāršākajiem viendimensiju temperatūras modeļiem līdz pilntiesīgiem trīsdimensiju modeļiem. Tas pēta klimata reakciju uz augošo oglekļa dioksīda līmeni atmosfērā, izmantojot dažādas fiziskās sarežģītības modeļus, un uzrauga jaunus signālus no pamatā esošajām fizikālajām parādībām.
Lai izprastu vairāk vētru dienvidu puslodē, mēs esam apkopojuši vairākas pierādījumu līnijas, tostarp datus no uz fiziku balstītiem klimata modeļiem. Pirmajā posmā mēs pētām novērojumus attiecībā uz to, kā enerģija tiek sadalīta pa visu zemi.
Tā kā zeme ir sfēra, tās virsma saņem saules starojumu nevienmērīgi no Saules. Lielākā daļa enerģijas tiek saņemta un absorbēta pie ekvatora, kur saules stari tiešāk atsitās pret virsmu. Turpretī stabi, kas gaisma trāpa stāvos leņķos, saņem mazāk enerģijas.
Pētījumu gadu desmiti ir parādījuši, ka vētras stiprums rodas no šīs enerģijas atšķirības. Būtībā viņi pārvērš “statisko” enerģiju, kas šajā atšķirībā tiek saglabāta “kinētiskā” kustības enerģijā. Šī pāreja notiek, izmantojot procesu, kas pazīstams kā “barokliniskā 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 vētras intensitātes atšķirības starp dienvidiem un ziemeļiem varētu būt saistītas ar diviem dažādiem faktoriem.
Pirmkārt, okeāna enerģijas pārvadāšana, ko bieži dēvē par “konveijera jostu”. Ūdens nogrimst netālu no ziemeļpola, plūst gar okeāna dibenu, paceļas ap Antarktīdu un plūst atpakaļ uz ziemeļiem gar ekvatoru, nesot 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 smagākas vētras.
Otrais faktors ir lielie kalni ziemeļu puslodē, kas, kā ierosināja Manabes iepriekšējais darbs, slāpē vētras. Gaisa straumes lielos kalnu grēdās rada fiksētu augstāko līmeni un kritumus, kas samazina vētrām pieejamo enerģijas daudzumu.
Tomēr tikai novēroto datu analīze nevar apstiprināt šos cēloņus, jo pārāk daudz faktoru darbojas un mijiedarbojas vienlaicīgi. Mēs arī nevaram izslēgt individuālos cēloņus, lai pārbaudītu to nozīmi.
Lai to izdarītu, mums ir jāizmanto klimata modeļi, lai izpētītu, kā mainās vētras, kad tiek noņemti dažādi faktori.
Kad simulācijā izlīdzinājām Zemes kalnus, negaisa intensitātes atšķirība starp puslodēm tika samazināta uz pusi. Kad mēs noņēmām okeāna konveijera lentu, negaisa atšķirības otra puse bija pazudusi. Tādējādi pirmo reizi mēs atklājam konkrētu skaidrojumu vētrām dienvidu puslodē.
Tā kā vētras ir saistītas ar smagu sociālo ietekmi, piemēram, ārkārtēju vēju, temperatūru un nokrišņiem, svarīgs jautājums, uz kuru mums jāatbild, ir tas, vai nākotnes vētras būs spēcīgākas vai vājākas.
Pa e -pastu saņemiet visu galveno rakstu un dokumentu kopēju kopsavilkumus no oglekļa īsiem. Uzziniet vairāk par mūsu biļetenu šeit.
Pa e -pastu saņemiet visu galveno rakstu un dokumentu kopēju kopsavilkumus no oglekļa īsiem. Uzziniet vairāk par mūsu biļetenu šeit.
Galvenais līdzeklis, lai sagatavotu sabiedrības, lai tiktu galā ar klimata pārmaiņu sekām, ir prognožu nodrošināšana, kas balstīta uz klimata modeļiem. Jauns pētījums liecina, ka vidējās dienvidu puslodes vētras gadsimta beigās kļūs intensīvākas.
Tieši pretēji, tiek prognozēts, ka vidējās vētru gada intensitātes izmaiņas ziemeļu puslodē būs mērenas. Daļēji tas ir saistīts ar konkurējošām sezonālajām sekām starp sasilšanu tropos, kas padara vētras stiprāku un straujo sasilšanu Arktikā, kas padara tās vājākas.
Tomēr klimats šeit un tagad mainās. Apskatot izmaiņas pēdējās desmitgadēs, mēs atklājam, ka vidējās vētras gada laikā ir kļuvušas intensīvākas dienvidu puslodē, savukārt izmaiņas ziemeļu puslodē ir bijušas nenozīmīgas, saskaņā ar klimata modeļa prognozēm tajā pašā laika posmā.
Lai arī modeļi nenovērtē signālu, tie norāda uz izmaiņām, kas notiek to pašu fizisko iemeslu dēļ. Tas ir, izmaiņas okeānā palielina vētras, jo siltāks ūdens virzās uz ekvatoru un aukstāks ūdens tiek nogādāts virsmā ap Antarktīdu, lai to aizstātu, kā rezultātā rodas stiprāks kontrasts starp ekvatoru un poliem.
Ziemeļu puslodē okeāna izmaiņas kompensē jūras ledus un sniega zaudēšana, izraisot Arktikas vairāk saules gaismas un vājina kontrastu starp ekvatoru un stabiem.
Pareizas 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.
Xiao, T. et al. (2022) Vētras dienvidu puslodē sakarā ar zemes formām un okeāna apriti, Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās zinātņu akadēmijas procesi, DOI: 10.1073/pnas.2123512119
Pa e -pastu saņemiet visu galveno rakstu un dokumentu kopēju kopsavilkumus no oglekļa īsiem. Uzziniet vairāk par mūsu biļetenu šeit.
Pa e -pastu saņemiet visu galveno rakstu un dokumentu kopēju kopsavilkumus no oglekļa īsiem. Uzziniet vairāk par mūsu biļetenu šeit.
Publicēts saskaņā ar CC licenci. Jūs varat pilnībā reproducēt bez komerciālu izmantošanu, kas nav komerciāla lietošana, un saite uz oglekļa īsu ziņojumu un saiti uz rakstu. Lūdzu, sazinieties ar mums komerciālai lietošanai.