Profesor Tiffany Shaw, profesor, Departamento de Xeociencias, Universidade de Chicago
O hemisferio sur é un lugar moi turbulento. Os ventos en varias latitudes foron descritos como "ruxindo corenta graos", "furiosos cincuenta graos" e "gritando sesenta graos". As ondas alcanzan un sobresaliente de 24 metros.
Como todos sabemos, nada no hemisferio norte pode coincidir coas graves tormentas, vento e ondas no hemisferio sur. Por que?
Nun novo estudo publicado nas Actas da Academia Nacional de Ciencias, os meus compañeiros e descubrimos por que as tormentas son máis comúns no hemisferio sur que no norte.
Combinando varias liñas de evidencia de observacións, teoría e modelos climáticos, os nosos resultados apuntan ao papel fundamental das "cintas transportadoras" e grandes montañas do hemisferio norte.
Tamén mostramos que, co paso do tempo, as tormentas no hemisferio sur volvéronse máis intensas, mentres que as do hemisferio norte non o fixeron. Isto é coherente co modelado de modelos climáticos do quecemento global.
Estes cambios importan porque sabemos que as tormentas máis fortes poden levar a impactos máis graves como ventos extremos, temperaturas e precipitacións.
Durante moito tempo, a maioría das observacións do tempo na terra foron feitas de terra. Isto deu aos científicos unha imaxe clara da tormenta no hemisferio norte. Non obstante, no hemisferio sur, que abarca preto do 20 por cento da terra, non obtivemos unha imaxe clara das tormentas ata que as observacións por satélite estivesen dispoñibles a finais dos anos 70.
Desde décadas de observación desde o inicio da era do satélite, sabemos que as tormentas no hemisferio sur son aproximadamente un 24 por cento máis fortes que as do hemisferio norte.
Isto móstrase no mapa a continuación, que mostra a intensidade media anual de tormentas observada para o hemisferio sur (superior), o hemisferio norte (centro) e a diferenza entre eles (inferior) de 1980 a 2018. (Teña en conta que o polo sur está na parte superior da comparación entre os primeiros e os últimos mapas.)
O mapa mostra a intensidade persistentemente alta das tormentas no océano sur no hemisferio sur e a súa concentración nos océanos do Pacífico e do Atlántico (sombreado en laranxa) no hemisferio norte. O mapa de diferenzas mostra que as tormentas son máis fortes no hemisferio sur que no hemisferio norte (sombreado laranxa) na maioría das latitudes.
Aínda que hai moitas teorías diferentes, ninguén ofrece unha explicación definitiva para a diferenza de tormentas entre os dous hemisferios.
Descubrir as razóns parece ser unha tarefa difícil. Como entender un sistema tan complexo que abarca miles de quilómetros como a atmosfera? Non podemos meter a terra nun frasco e estudala. Non obstante, isto é precisamente o que están a facer os científicos que estudan a física do clima. Aplicamos as leis da física e usalas para comprender a atmosfera e o clima terrestre.
O exemplo máis famoso deste enfoque é o traballo pioneiro do doutor Shuro Manabe, que recibiu o Premio Nobel de Física de 2021 "pola súa predición fiable do quecemento global". As súas predicións baséanse en modelos físicos do clima terrestre, que van desde os modelos de temperatura unidimensional máis sinxelos ata os modelos tridimensionais de pleno dereito. Estuda a resposta do clima ao aumento dos niveis de dióxido de carbono na atmosfera a través de modelos de diferentes complexidade física e monitor os sinais emerxentes de fenómenos físicos subxacentes.
Para comprender máis tormentas no hemisferio sur, recollemos varias liñas de evidencia, incluídos datos de modelos climáticos baseados na física. No primeiro paso, estudamos observacións en termos de como se distribúe a enerxía pola terra.
Dado que a terra é unha esfera, a súa superficie recibe a radiación solar desigualmente do Sol. A maior parte da enerxía é recibida e absorbida no ecuador, onde os raios do sol alcanzan a superficie máis directamente. En contraste, os postes que a luz golpea en ángulos escarpados reciben menos enerxía.
Décadas de investigación demostraron que a forza dunha tormenta vén desta diferenza de enerxía. Esencialmente, converten a enerxía "estática" almacenada nesta diferenza en enerxía "cinética" de movemento. Esta transición prodúcese a través dun proceso coñecido como "inestabilidade baroclinica".
Esta visión suxire que a luz solar incidente non pode explicar o maior número de tormentas no hemisferio sur, xa que os dous hemisferios reciben a mesma cantidade de luz solar. Pola contra, a nosa análise observacional suxire que a diferenza de intensidade de tormenta entre o sur e o norte podería deberse a dous factores diferentes.
En primeiro lugar, o transporte de enerxía do océano, a miúdo denominado "cinto transportador". A auga afunda preto do polo norte, flúe ao longo do fondo do océano, levántase ao redor da Antártida e flúe cara ao norte ao longo do ecuador, levando enerxía con ela. O resultado final é a transferencia de enerxía da Antártida ao polo norte. Isto crea un maior contraste enerxético entre o ecuador e os polos do hemisferio sur que no hemisferio norte, obtendo tormentas máis graves no hemisferio sur.
O segundo factor son as grandes montañas do hemisferio norte, que, como suxeriu o traballo anterior de Manabe, amortiguan as tormentas. As correntes de aire en grandes cordilleiras crean máximos e mínimos fixos que reducen a cantidade de enerxía dispoñible para as tormentas.
Non obstante, a análise de datos observados por si só non pode confirmar estas causas, porque moitos factores funcionan e interactúan simultaneamente. Ademais, non podemos excluír as causas individuais para probar a súa importancia.
Para iso, necesitamos usar modelos climáticos para estudar como cambian as tormentas cando se eliminan diferentes factores.
Cando suavizamos as montañas da Terra na simulación, a diferenza de intensidade da tormenta entre os hemisferios reduciuse á metade. Cando eliminamos a cinta transportadora do océano, a outra metade da diferenza de tormenta desapareceu. Así, por primeira vez, descubrimos unha explicación concreta para as tormentas no hemisferio sur.
Dado que as tormentas están asociadas a graves impactos sociais como ventos extremos, temperaturas e precipitacións, a importante pregunta que debemos responder é se as tormentas futuras serán máis fortes ou máis débiles.
Recibe resumos curados de todos os artigos e traballos clave de Carbon Breve por correo electrónico. Infórmate máis sobre o noso boletín aquí.
Recibe resumos curados de todos os artigos e traballos clave de Carbon Breve por correo electrónico. Infórmate máis sobre o noso boletín aquí.
Unha ferramenta clave na preparación das sociedades para facer fronte aos efectos do cambio climático é a subministración de previsións baseadas en modelos climáticos. Un novo estudo suxire que as tormentas medias do hemisferio sur serán máis intensas cara a finais do século.
Pola contra, prevese que os cambios na intensidade media das tormentas no hemisferio norte sexan moderados. Isto débese en parte aos efectos estacionais competitivos entre o quecemento nos trópicos, o que fai que as tormentas sexan máis fortes e un rápido quecemento no Ártico, o que as fai máis débiles.
Non obstante, o clima aquí e agora está cambiando. Cando miramos os cambios nas últimas décadas, descubrimos que as tormentas medias se fixeron máis intensas ao longo do ano no hemisferio sur, mentres que os cambios no hemisferio norte foron insignificantes, consistentes coas predicións do modelo climático durante o mesmo período.
Aínda que os modelos subestiman o sinal, indican que se producen cambios polas mesmas razóns físicas. É dicir, os cambios no océano aumentan as tormentas porque a auga máis cálida se move cara ao ecuador e a auga máis fría é levada á superficie ao redor da Antártida para substituíla, obtendo un contraste máis forte entre o ecuador e os polos.
No hemisferio norte, os cambios no océano compensan a perda de xeo mariño e neve, facendo que o Ártico absorba máis luz solar e debilitase o contraste entre o ecuador e os polos.
As apostas de obter a resposta correcta son altas. Será importante para o traballo futuro determinar por que os modelos subestiman o sinal observado, pero será igualmente importante obter a resposta correcta polas razóns físicas correctas.
Xiao, T. et al. (2022) Tempestades no hemisferio sur debido ás formas terrestres e á circulación dos océanos, Actas da Academia Nacional de Ciencias dos Estados Unidos de América, DOI: 10.1073/PNAS.2123512119
Recibe resumos curados de todos os artigos e traballos clave de Carbon Breve por correo electrónico. Infórmate máis sobre o noso boletín aquí.
Recibe resumos curados de todos os artigos e traballos clave de Carbon Breve por correo electrónico. Infórmate máis sobre o noso boletín aquí.
Publicado baixo a licenza CC. Pode reproducir o material non adaptado na súa totalidade para uso non comercial cunha ligazón ao informe de carbono e unha ligazón ao artigo. Póñase en contacto connosco para uso comercial.