Прафесар Ціфані Шоу, прафесар кафедры геанавук Чыкагскага ўніверсітэта
Паўднёвае паўшар'е — вельмі турбулентнае месца. Вятры на розных шыротах апісваюцца як «бурныя сорак градусаў», «лютыя пяцьдзесят градусаў» і «крыклівыя шэсцьдзесят градусаў». Хвалі дасягаюць ажно 78 футаў (24 метры).
Як мы ўсе ведаем, нішто ў паўночным паўшар'і не можа параўнацца з моцнымі штормамі, вятрамі і хвалямі ў паўднёвым паўшар'і. Чаму?
У новым даследаванні, апублікаваным у часопісе Proceedings of the National Academy of Sciences, мы з калегамі даследуем, чаму штормы часцей здараюцца ў паўднёвым паўшар'і, чым у паўночным.
Спалучаючы некалькі доказаў назіранняў, тэорыі і кліматычных мадэляў, нашы вынікі паказваюць на фундаментальную ролю глабальных акіянічных «канвеерных стужак» і вялікіх гор у паўночным паўшар'і.
Мы таксама паказваем, што з цягам часу штормы ў паўднёвым паўшар'і станавіліся больш інтэнсіўнымі, а ў паўночным — не. Гэта адпавядае мадэляванню кліматычных мадэляў глабальнага пацяплення.
Гэтыя змены маюць значэнне, бо мы ведаем, што мацнейшыя штормы могуць прывесці да больш сур'ёзных наступстваў, такіх як экстрэмальныя вятры, тэмпературы і ападкі.
Доўгі час большасць назіранняў за надвор'ем на Зямлі праводзілася з сушы. Гэта давала навукоўцам выразнае ўяўленне пра штормы ў паўночным паўшар'і. Аднак у Паўднёвым паўшар'і, якое пакрывае каля 20 працэнтаў сушы, мы не атрымлівалі выразнага ўяўлення пра штормы, пакуль у канцы 1970-х гадоў не з'явіліся спадарожнікавыя назіранні.
З дзесяцігоддзяў назіранняў з пачатку эры спадарожнікаў мы ведаем, што штормы ў паўднёвым паўшар'і прыкладна на 24 працэнты мацнейшыя за тыя, што ў паўночным паўшар'і.
Гэта паказана на карце ніжэй, дзе паказаны назіраемая сярэднегадавая інтэнсіўнасць штормаў для Паўднёвага паўшар'я (уверсе), Паўночнага паўшар'я (у цэнтры) і розніца паміж імі (унізе) з 1980 па 2018 год. (Звярніце ўвагу, што Паўднёвы полюс знаходзіцца ўверсе параўнання паміж першай і апошняй картамі.)
На карце паказана пастаянна высокая інтэнсіўнасць штармаў у Паўднёвым акіяне ў Паўднёвым паўшар'і і іх канцэнтрацыя ў Ціхім і Атлантычным акіянах (заштрыхаваны аранжавым колерам) у Паўночным паўшар'і. Карта адрозненняў паказвае, што ў Паўднёвым паўшар'і штармавыя ўмовы мацнейшыя, чым у Паўночным паўшар'і (заштрыхаваны аранжавым колерам) на большасці шырот.
Нягледзячы на ​​тое, што існуе мноства розных тэорый, ніхто не прапануе канчатковага тлумачэння розніцы ў штормах паміж двума паўшар'ямі.
Высветліць прычыны здаецца складанай задачай. Як зразумець такую ​​складаную сістэму, якая распасціраецца на тысячы кіламетраў, як атмасфера? Мы не можам змясціць Зямлю ў слоік і вывучаць яе. Аднак менавіта гэтым займаюцца навукоўцы, якія вывучаюць фізіку клімату. Мы ўжываем законы фізікі і выкарыстоўваем іх, каб зразумець атмасферу і клімат Зямлі.
Найбольш вядомым прыкладам такога падыходу з'яўляецца піянерская праца доктара Шуро Манабэ, які атрымаў Нобелеўскую прэмію па фізіцы ў 2021 годзе «за надзейнае прагназаванне глабальнага пацяплення». Яго прагнозы заснаваны на фізічных мадэлях клімату Зямлі, пачынаючы ад найпрасцейшых аднамерных тэмпературных мадэляў і заканчваючы паўнавартаснымі трохмернымі мадэлямі. Даследаванне вывучае рэакцыю клімату на павышэнне ўзроўню вуглякіслага газу ў атмасферы з дапамогай мадэляў рознай фізічнай складанасці і адсочвае сігналы, якія ўзнікаюць ад асноўных фізічных з'яў.
Каб лепш зразумець штормы ў Паўднёвым паўшар'і, мы сабралі некалькі доказаў, у тым ліку дадзеныя з фізічных кліматычных мадэляў. На першым этапе мы вывучаем назіранні з пункту гледжання размеркавання энергіі па Зямлі.
Паколькі Зямля мае форму сферы, яе паверхня нераўнамерна атрымлівае сонечнае выпраменьванне ад Сонца. Большая частка энергіі атрымліваецца і паглынаецца на экватары, дзе сонечныя прамяні падаюць на паверхню больш непасрэдна. Наадварот, полюсы, на якія святло падае пад стромкімі вугламі, атрымліваюць менш энергіі.
Дзесяцігоддзі даследаванняў паказалі, што сіла шторму абумоўлена гэтай розніцай энергіі. Па сутнасці, яны пераўтвараюць «статычную» энергію, якая захоўваецца ў гэтай рознасці, у «кінетычную» энергію руху. Гэты пераход адбываецца праз працэс, вядомы як «бароклінічная нестабільнасць».
Гэты погляд сведчыць аб тым, што падаючае сонечнае святло не можа растлумачыць большую колькасць штармоў у Паўднёвым паўшар'і, паколькі абодва паўшар'і атрымліваюць аднолькавую колькасць сонечнага святла. Замест гэтага, наш назіральны аналіз паказвае, што розніца ў інтэнсіўнасці штармоў паміж поўднем і поўначчу можа быць выклікана двума рознымі фактарамі.
Па-першае, перанос энергіі акіяна, які часта называюць «канвеернай стужкай». Вада апускаецца каля Паўночнага полюса, цячэ па дне акіяна, падымаецца вакол Антарктыды і цячэ назад на поўнач уздоўж экватара, нясучы з сабой энергію. У выніку адбываецца перанос энергіі з Антарктыды на Паўночны полюс. Гэта стварае большы энергетычны кантраст паміж экватарам і полюсамі ў Паўднёвым паўшар'і, чым у Паўночным паўшар'і, што прыводзіць да больш моцных штормаў у Паўднёвым паўшар'і.
Другі фактар ​​— гэта вялікія горы ў паўночным паўшар'і, якія, як выказаў здагадку ранейшы праца Манабэ, аслабляюць штормы. Паветраныя патокі над вялікімі горнымі хрыбтамі ствараюць фіксаваныя максімумы і мінімумы, якія памяншаюць колькасць энергіі, даступнай для штормаў.
Аднак аналіз назіраных дадзеных не можа пацвердзіць гэтыя прычыны, бо занадта шмат фактараў дзейнічае і ўзаемадзейнічае адначасова. Акрамя таго, мы не можам выключыць асобныя прычыны, каб праверыць іх значнасць.
Для гэтага нам трэба выкарыстоўваць кліматычныя мадэлі, каб вывучыць, як змяняюцца штормы, калі выдаляць розныя фактары.
Калі мы згладзілі горы Зямлі ў мадэляванні, розніца ў інтэнсіўнасці штармоў паміж паўшар'ямі скарацілася ўдвая. Калі мы прыбралі акіянічную канвеерную стужку, другая палова розніцы ў штармах знікла. ​​Такім чынам, упершыню мы знайшлі канкрэтнае тлумачэнне штармаў у паўднёвым паўшар'і.
Паколькі штормы асацыююцца з сур'ёзнымі сацыяльнымі наступствамі, такімі як экстрэмальныя вятры, тэмпература і ападкі, важнае пытанне, на якое мы павінны адказаць, — ці будуць будучыя штормы мацнейшымі ці слабейшымі.
Атрымлівайце падборку рэфератаў усіх ключавых артыкулаў і дакладаў Carbon Brief па электроннай пошце. Даведайцеся больш пра нашу рассылку тут.
Атрымлівайце падборку рэфератаў усіх ключавых артыкулаў і дакладаў Carbon Brief па электроннай пошце. Даведайцеся больш пра нашу рассылку тут.
Ключавым інструментам у падрыхтоўцы грамадства да пераадолення наступстваў змены клімату з'яўляецца прадастаўленне прагнозаў на аснове кліматычных мадэляў. Новае даследаванне паказвае, што сярэднія штормы ў паўднёвым паўшар'і стануць больш інтэнсіўнымі да канца стагоддзя.
Наадварот, змены сярэднегадавой інтэнсіўнасці штармоў у Паўночным паўшар'і прагназуюцца як умераныя. Часткова гэта звязана з канкуруючымі сезоннымі эфектамі паміж пацяпленнем у тропіках, што робіць штармы мацнейшымі, і хуткім пацяпленнем у Арктыцы, што робіць іх слабейшымі.
Аднак клімат тут і цяпер змяняецца. Калі мы паглядзім на змены за апошнія некалькі дзесяцігоддзяў, мы выяўляем, што сярэднія штормы сталі больш інтэнсіўнымі на працягу года ў паўднёвым паўшар'і, у той час як змены ў паўночным паўшар'і былі нязначнымі, што адпавядае прагнозам кліматычных мадэляў за той жа перыяд.
Нягледзячы на ​​тое, што мадэлі недаацэньваюць сігнал, яны паказваюць на змены, якія адбываюцца па тых жа фізічных прычынах. Гэта значыць, змены ў акіяне павялічваюць колькасць штормаў, таму што цёплая вада рухаецца да экватара, а халодная вада выносіць на паверхню вакол Антарктыды, каб замяніць яе, што прыводзіць да больш моцнага кантрасту паміж экватарам і полюсамі.
У Паўночным паўшар'і змены ў акіяне кампенсуюцца стратай марскога лёду і снегу, з-за чаго Арктыка паглынае больш сонечнага святла і аслабляе кантраст паміж экватарам і полюсамі.
Стаўкі на атрыманне правільнага адказу высокія. Для будучай працы будзе важна вызначыць, чаму мадэлі недаацэньваюць назіраны сігнал, але гэтак жа важна будзе атрымаць правільны адказ па правільных фізічных прычынах.
Сяо, Т. і інш. (2022) Штормы ў Паўднёвым паўшар'і з-за формаў рэльефу і цыркуляцыі акіяна, Працы Нацыянальнай акадэміі навук Злучаных Штатаў Амерыкі, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Атрымлівайце падборку рэфератаў усіх ключавых артыкулаў і дакладаў Carbon Brief па электроннай пошце. Даведайцеся больш пра нашу рассылку тут.
Атрымлівайце падборку рэфератаў усіх ключавых артыкулаў і дакладаў Carbon Brief па электроннай пошце. Даведайцеся больш пра нашу рассылку тут.
Апублікавана па ліцэнзіі CC. Вы можаце цалкам скапіяваць неадаптаваны матэрыял для некамерцыйнага выкарыстання са спасылкай на Carbon Brief і спасылку на артыкул. Калі ласка, звяжыцеся з намі для камерцыйнага выкарыстання.