Professor Tiffany Shaw, professor, Afdeling Geowetenschappen, Universiteit van Chicago
Het zuidelijk halfrond is een zeer turbulente plek. Winden op verschillende breedtegraden zijn beschreven als "brullende veertig graden", "furious vijftig graden" en "schreeuwende zestig graden". Golven bereiken maar liefst 78 voet (24 meter).
Zoals we allemaal weten, kan niets op het noordelijk halfrond overeenkomen met de ernstige stormen, wind en golven op het zuidelijk halfrond. Waarom?
In een nieuwe studie gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences, ontdekken mijn collega's en ik waarom stormen vaker voorkomen op het zuidelijk halfrond dan in het noorden.
Door verschillende bewijslijnen te combineren uit observaties, theorie en klimaatmodellen, wijzen onze resultaten op de fundamentele rol van wereldwijde oceanische "transportbanden" en grote bergen op het noordelijk halfrond.
We laten ook zien dat in de loop van de tijd stormen op het zuidelijk halfrond intenser werden, terwijl die op het noordelijk halfrond dat niet deden. Dit komt overeen met klimaatmodelmodellering van de opwarming van de aarde.
Deze veranderingen zijn belangrijk omdat we weten dat sterkere stormen kunnen leiden tot ernstiger effecten zoals extreme winden, temperaturen en regenval.
Lange tijd werden de meeste observaties van het weer op aarde gemaakt van land. Dit gaf wetenschappers een duidelijk beeld van de storm op het noordelijk halfrond. Op het zuidelijk halfrond, dat ongeveer 20 procent van het land beslaat, kregen we echter geen duidelijk beeld van stormen totdat satellietobservaties in de late jaren zeventig beschikbaar kwamen.
Vanaf tientallen jaren van observatie sinds het begin van het satelliettijdperk, weten we dat stormen op het zuidelijk halfrond ongeveer 24 procent sterker zijn dan die op het noordelijk halfrond.
Dit wordt weergegeven in de onderstaande kaart, die de waargenomen gemiddelde jaarlijkse stormintensiteit voor het zuidelijk halfrond (boven), het noordelijk halfrond (midden) en het verschil tussen hen (onder) van 1980 tot 2018 toont (merk op dat de zuidpool bovenaan de vergelijking tussen de eerste en laatste kaarten staat).
De kaart toont de aanhoudend hoge intensiteit van stormen in de zuidelijke oceaan op het zuidelijk halfrond en hun concentratie in de Stille Oceaan en Atlantische Oceanen (gearceerd in oranje) op het noordelijk halfrisfeer. De verschilkaart laat zien dat stormen op de meeste breedtegraden op het zuidelijk halfrond sterker zijn dan op het noordelijke halfrond (oranje schaduw).
Hoewel er veel verschillende theorieën zijn, biedt niemand een definitieve verklaring voor het verschil in stormen tussen de twee hemisferen.
Het achterhalen van de redenen lijkt een moeilijke taak te zijn. Hoe begrijp je zo'n complex systeem dat duizenden kilometers als de atmosfeer overspant? We kunnen de aarde niet in een pot zetten en bestuderen. Dit is echter precies wat wetenschappers die de fysica van het klimaat bestuderen doen. We passen de natuurwetten toe en gebruiken ze om de atmosfeer en het klimaat van de aarde te begrijpen.
Het beroemdste voorbeeld van deze aanpak is het baanbrekende werk van Dr. Shuro Manabe, die de Nobelprijs voor de natuurkunde 2021 ontving "voor zijn betrouwbare voorspelling van de opwarming van de aarde." De voorspellingen zijn gebaseerd op fysieke modellen van het klimaat van de aarde, variërend van de eenvoudigste eendimensionale temperatuurmodellen tot volwaardige driedimensionale modellen. Het bestudeert de reactie van het klimaat op stijgende niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer door modellen van verschillende fysieke complexiteit en monitoren opkomende signalen van onderliggende fysische fenomenen.
Om meer stormen op het zuidelijk halfrond te begrijpen, hebben we verschillende bewijslijnen verzameld, waaronder gegevens van op natuurkunde gebaseerde klimaatmodellen. In de eerste stap bestuderen we observaties in termen van hoe energie over de aarde wordt verdeeld.
Omdat de aarde een bol is, ontvangt het oppervlak zonnestraling ongelijkmatig van de zon. Het grootste deel van de energie wordt ontvangen en geabsorbeerd in de evenaar, waar de stralen van de zon directer het oppervlak raken. Polen die licht hits op steile hoeken daarentegen ontvangen minder energie.
Tientallen jaren onderzoek heeft aangetoond dat de sterkte van een storm voortkomt uit dit verschil in energie. In wezen zetten ze de "statische" energie om die in dit verschil is opgeslagen om in "kinetische" beweging van beweging. Deze overgang vindt plaats door een proces dat bekend staat als "baroklinische instabiliteit".
Deze opvatting suggereert dat incident zonlicht het grotere aantal stormen op het zuidelijk halfrond niet kan verklaren, omdat beide hemisferen dezelfde hoeveelheid zonlicht ontvangen. In plaats daarvan suggereert onze observationele analyse dat het verschil in stormintensiteit tussen Zuid en Noord te wijten kan zijn aan twee verschillende factoren.
Ten eerste, het transport van oceaanenergie, vaak aangeduid als de 'transportband'. Water zinkt in de buurt van de Noordpool, stroomt langs de oceaanbodem, stijgt rond Antarctica en stroomt terug naar het noorden langs de evenaar en draagt ​​energie mee. Het eindresultaat is de overdracht van energie van Antarctica naar de Noordpool. Dit creëert een groter energiecontrast tussen de evenaar en de polen op het zuidelijk halfrond dan op het noordelijk halfrond, wat resulteert in ernstiger stormen op het zuidelijk halfrond.
De tweede factor is de grote bergen op het noordelijk halfrond, wat, zoals Manabe's eerdere werk suggereerde, stormen dempen. Luchtstromen over grote bergketens creëren vaste hoogtepunten en dieptepunten die de hoeveelheid energie die beschikbaar is voor stormen verminderen.
Analyse van waargenomen gegevens alleen alleen kan deze oorzaken niet bevestigen, omdat te veel factoren tegelijkertijd werken en op elkaar inwerken. Ook kunnen we individuele oorzaken niet uitsluiten om hun betekenis te testen.
Om dit te doen, moeten we klimaatmodellen gebruiken om te bestuderen hoe stormen veranderen wanneer verschillende factoren worden verwijderd.
Toen we de bergen van de aarde in de simulatie gladstrijken, werd het verschil in stormintensiteit tussen de hemisferen gehalveerd. Toen we de transportband van de oceaan verwijderden, was de andere helft van het stormverschil verdwenen. Zo ontdekken we voor het eerst een concrete verklaring voor stormen op het zuidelijk halfrond.
Aangezien stormen worden geassocieerd met ernstige sociale effecten zoals extreme winden, temperaturen en neerslag, moet de belangrijke vraag die we beantwoorden is of toekomstige stormen sterker of zwakker zullen zijn.
Ontvang samengesteld samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papieren van Carbon Brief per e -mail. Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Ontvang samengesteld samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papieren van Carbon Brief per e -mail. Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Een belangrijk hulpmiddel bij het voorbereiden van samenlevingen om het hoofd te bieden aan de effecten van klimaatverandering is het verstrekken van voorspellingen op basis van klimaatmodellen. Een nieuwe studie suggereert dat de gemiddelde stormen op het zuidelijk halfrond intenser zullen worden tegen het einde van de eeuw.
Integendeel, veranderingen in de gemiddelde jaarlijkse intensiteit van stormen op het noordelijk halfrond worden voorspeld dat ze matig zijn. Dit is deels te wijten aan concurrerende seizoensgebonden effecten tussen opwarming in de tropen, waardoor stormen sterker worden en snel opwarming in het Noordpoolgebied, waardoor ze zwakker worden.
Het klimaat hier en nu verandert echter. Wanneer we de afgelopen decennia naar veranderingen kijken, zien we dat gemiddelde stormen in de loop van het jaar in intenser zijn geworden op het zuidelijk halfrond, terwijl veranderingen op het noordelijk halfrond in dezelfde periode te verwaarlozen zijn, consistent met klimaatmodelvoorspellingen.
Hoewel de modellen het signaal onderschatten, geven ze aan veranderingen die zich voor dezelfde fysieke redenen voordoen. Dat wil zeggen, veranderingen in de oceaan verhogen stormen omdat warmer water naar de evenaar beweegt en kouder water rond Antarctica naar het oppervlak wordt gebracht om het te vervangen, wat resulteert in een sterker contrast tussen de evenaar en de polen.
Op het noordelijk halfrond worden oceaanveranderingen gecompenseerd door het verlies van zeeijs en sneeuw, waardoor het Noordpoolgebied meer zonlicht absorbeert en het contrast tussen de evenaar en de polen verzwakt.
De inzet om het juiste antwoord te krijgen zijn hoog. Het zal belangrijk zijn voor toekomstig werk om te bepalen waarom de modellen het waargenomen signaal onderschatten, maar het zal even belangrijk zijn om het juiste antwoord te krijgen om de juiste fysieke redenen.
Xiao, T. et al. (2022) Stormen op het zuidelijk halfrond als gevolg van Landforms and Ocean Circulation, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/PNAS.2123512119
Ontvang samengesteld samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papieren van Carbon Brief per e -mail. Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Ontvang samengesteld samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papieren van Carbon Brief per e -mail. Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Gepubliceerd onder CC -licentie. U kunt het niet-aangepaste materiaal volledig reproduceren voor niet-commercieel gebruik met een link naar de koolstofbrief en een link naar het artikel. Neem contact met ons op voor commercieel gebruik.