Professor Tiffany Shaw, Chicago Ülikooli Geoteaduste Osakonna professor
Lõunapoolkera on väga turbulentne koht. Erinevatel laiuskraadidel on tuuli kirjeldatud kui „möirgavaid neljakümne kraadi“, „raevukalt viiekümne kraadi“ ja „karjuvaid kuuekümne kraadi“. Lainete kõrgus on lausa 24 meetrit.
Nagu me kõik teame, ei suuda miski põhjapoolkeral võistelda lõunapoolkera tugevate tormide, tuule ja lainetega. Miks?
Uues uuringus, mis avaldati ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences, avastame kolleegidega, miks tormid on lõunapoolkeral levinumad kui põhjapoolkeral.
Kombineerides mitmeid tõendeid vaatlustest, teooriast ja kliimamudelitest, viitavad meie tulemused globaalsete ookeaniliste „konveierilintide” ja põhjapoolkera suurte mägede fundamentaalsele rollile.
Samuti näitame, et aja jooksul muutusid lõunapoolkera tormid intensiivsemaks, samas kui põhjapoolkera tormid mitte. See on kooskõlas globaalse soojenemise kliimamudeli modelleerimisega.
Need muutused on olulised, sest me teame, et tugevamad tormid võivad põhjustada tõsisemaid tagajärgi, nagu äärmuslikud tuuled, temperatuurid ja sademed.
Pikka aega tehti enamik Maa ilmavaatlusi maismaalt. See andis teadlastele selge pildi põhjapoolkera tormidest. Lõunapoolkeral, mis katab umbes 20 protsenti maismaast, ei saanud me aga tormidest selget pilti enne, kui satelliidivaatlused 1970. aastate lõpus kättesaadavaks muutusid.
Satelliidiajastu algusest saadik aastakümnete pikkuse vaatluse põhjal teame, et lõunapoolkeral on tormid umbes 24 protsenti tugevamad kui põhjapoolkeral.
See on näidatud alloleval kaardil, mis näitab lõunapoolkeral (üleval), põhjapoolkeral (keskel) ja nendevahelises erinevuses (all) täheldatud keskmist aastast tormi intensiivsust aastatel 1980–2018. (Pange tähele, et lõunapoolus on esimese ja viimase kaardi võrdluses üleval.)
Kaart näitab Lõunapoolkeral Lõuna-Jäämeres püsivalt tugevat tormide intensiivsust ning põhjapoolkeral nende kontsentratsiooni Vaikse ookeani ja Atlandi ookeani (oranži varjundiga). Erinevuskaart näitab, et enamikul laiuskraadidel on tormid lõunapoolkeral tugevamad kui põhjapoolkeral (oranži varjundiga).
Kuigi teooriaid on palju, ei paku keegi lõplikku selgitust kahe poolkera tormide erinevuse kohta.
Põhjuste väljaselgitamine tundub olevat keeruline ülesanne. Kuidas mõista nii keerulist, tuhandeid kilomeetreid ulatuvat süsteemi nagu atmosfäär? Me ei saa Maad purki panna ja uurida. Kuid just seda teevad kliimafüüsikat uurivad teadlased. Me rakendame füüsikaseadusi ja kasutame neid Maa atmosfääri ja kliima mõistmiseks.
Selle lähenemisviisi kuulsaim näide on dr Shuro Manabe teedrajav töö, kes sai 2021. aasta Nobeli füüsikapreemia "globaalse soojenemise usaldusväärse ennustamise eest". Selle ennustused põhinevad Maa kliima füüsikalistel mudelitel, alates lihtsamatest ühemõõtmelistest temperatuurimudelitest kuni täieõiguslike kolmemõõtmeliste mudeliteni. See uurib kliima reaktsiooni atmosfääri süsinikdioksiidi taseme tõusule erineva füüsikalise keerukusega mudelite abil ja jälgib aluseks olevate füüsikaliste nähtuste esilekerkivaid signaale.
Lõunapoolkera tormide paremaks mõistmiseks oleme kogunud mitmeid tõendeid, sealhulgas andmeid füüsikal põhinevatest kliimamudelitest. Esimeses etapis uurime vaatlusi selle kohta, kuidas energia Maal jaotub.
Kuna Maa on kerakujuline, saab selle pind Päikeselt tuleva päikesekiirguse ebaühtlaselt. Suurem osa energiast võetakse vastu ja neeldub ekvaatoril, kus päikesekiired langevad pinnale otse. Seevastu poolused, millele valgus langeb järskude nurkade all, saavad vähem energiat.
Aastakümneid kestnud uuringud on näidanud, et tormi tugevus tuleneb sellest energia erinevusest. Põhimõtteliselt muundavad nad selles erinevuses salvestunud "staatilise" energia liikumisenergiaks. See üleminek toimub protsessi kaudu, mida tuntakse kui "barokliinilist ebastabiilsust".
See seisukoht viitab sellele, et langev päikesevalgus ei saa seletada lõunapoolkeral esinevate tormide suuremat arvu, kuna mõlemad poolkerad saavad sama palju päikesevalgust. Selle asemel viitab meie vaatlusanalüüs sellele, et tormide intensiivsuse erinevus lõuna- ja põhjapoolkera vahel võib olla tingitud kahest erinevast tegurist.
Esiteks ookeanienergia transport, mida sageli nimetatakse "konveierilindiks". Vesi vajub põhjapooluse lähedale, voolab mööda ookeanipõhja, tõuseb Antarktika ümber ja voolab mööda ekvaatorit tagasi põhja, kandes endaga energiat. Lõpptulemuseks on energia ülekandumine Antarktikast põhjapoolusele. See loob lõunapoolkeral ekvaatori ja pooluste vahel suurema energiakontrasti kui põhjapoolkeral, mille tulemuseks on lõunapoolkeral tugevamad tormid.
Teine tegur on põhjapoolkera suured mäed, mis, nagu Manabe varasem töö väitis, summutavad torme. Suurte mäeahelike kohal olevad õhuvoolud loovad fikseeritud kõrg- ja madaltemperatuure, mis vähendavad tormidele kättesaadava energia hulka.
Siiski ei saa ainuüksi vaadeldud andmete analüüs neid põhjuseid kinnitada, sest liiga palju tegureid toimib ja suhtleb samaaegselt. Samuti ei saa me üksikuid põhjuseid välistada, et nende olulisust testida.
Selleks peame kliimamudelite abil uurima, kuidas tormid muutuvad erinevate tegurite eemaldamisel.
Kui simulatsioonis Maa mäed siluti, vähenes tormide intensiivsuse erinevus poolkerade vahel poole võrra. Kui eemaldasime ookeani konveierilindi, kadus tormide intensiivsuse erinevusest teine ​​pool. Seega avastasime esimest korda lõunapoolkera tormidele konkreetse seletuse.
Kuna tormid on seotud tõsiste sotsiaalsete mõjudega, nagu äärmuslikud tuuled, temperatuurid ja sademed, on oluline küsimus, millele peame vastama, see, kas tulevased tormid on tugevamad või nõrgemad.
Saate Carbon Briefi kõigi oluliste artiklite ja dokumentide kureeritud kokkuvõtteid e-posti teel. Lisateavet meie uudiskirja kohta leiate siit.
Saate Carbon Briefi kõigi oluliste artiklite ja dokumentide kureeritud kokkuvõtteid e-posti teel. Lisateavet meie uudiskirja kohta leiate siit.
Kliimamudelitel põhinevate prognooside koostamine on ühiskondade ettevalmistamisel kliimamuutuste mõjudega toimetulekuks võtmetähtsusega vahend. Uus uuring näitab, et lõunapoolkera keskmised tormid muutuvad sajandi lõpu poole intensiivsemaks.
Vastupidi, põhjapoolkera tormide keskmise aastase intensiivsuse muutused ennustatakse olevat mõõdukad. See on osaliselt tingitud konkureerivatest hooajalistest mõjudest troopikas toimuva soojenemise, mis muudab tormid tugevamaks, ja Arktikas toimuva kiire soojenemise, mis muudab need nõrgemaks, vahel.
Kuid kliima siin ja praegu muutub. Kui vaatleme muutusi viimastel aastakümnetel, siis leiame, et lõunapoolkeral on keskmised tormid aasta jooksul intensiivsemaks muutunud, samas kui põhjapoolkeral on muutused olnud tühised, mis on kooskõlas kliimamudeli ennustustega samal perioodil.
Kuigi mudelid alahindavad signaali, näitavad nad, et muutused toimuvad samadel füüsikalistel põhjustel. See tähendab, et ookeani muutused suurendavad torme, kuna soojem vesi liigub ekvaatori poole ja Antarktika ümbruses tuuakse pinnale külmem vesi selle asemele, mille tulemuseks on tugevam kontrast ekvaatori ja pooluste vahel.
Põhjapoolkeral kompenseerib ookeani muutusi merejää ja lume kadu, mistõttu Arktika neelab rohkem päikesevalgust ja nõrgestab kontrasti ekvaatori ja pooluste vahel.
Õige vastuse saamine on väga oluline. Edasise töö jaoks on oluline välja selgitada, miks mudelid alahindavad vaadeldavat signaali, kuid sama oluline on saada õige vastus õigetel füüsikalistel põhjustel.
Xiao, T. jt (2022) Lõunapoolkeral pinnavormide ja ookeani tsirkulatsiooni tõttu tekkinud tormid, Ameerika Ühendriikide Riikliku Teaduste Akadeemia toimetised, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Saate Carbon Briefi kõigi oluliste artiklite ja dokumentide kureeritud kokkuvõtteid e-posti teel. Lisateavet meie uudiskirja kohta leiate siit.
Saate Carbon Briefi kõigi oluliste artiklite ja dokumentide kureeritud kokkuvõtteid e-posti teel. Lisateavet meie uudiskirja kohta leiate siit.
Avaldatud CC litsentsi alusel. Kohandamata materjali võib tervikuna reprodutseerida mitteärilisel eesmärgil koos lingiga Carbon Briefile ja lingiga artiklile. Äriliseks kasutamiseks võtke meiega ühendust.