Professor Tiffany Shaw, Professor, Afdeling Geowetenschappen, Universiteit van Chicago
Het zuidelijk halfrond is een erg turbulente plek.Winden op verschillende breedtegraden zijn beschreven als "brullende veertig graden", "razende vijftig graden" en "gierende zestig graden".Golven bereiken maar liefst 78 voet (24 meter).
Zoals we allemaal weten, kan niets op het noordelijk halfrond tippen aan de zware stormen, wind en golven op het zuidelijk halfrond.Waarom?
In een nieuwe studie gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, ontdekken mijn collega's en ik waarom stormen vaker voorkomen op het zuidelijk halfrond dan op het noordelijk halfrond.
Door verschillende bewijslijnen van observaties, theorie en klimaatmodellen te combineren, wijzen onze resultaten op de fundamentele rol van wereldwijde oceanische "transportbanden" en grote bergen op het noordelijk halfrond.
We laten ook zien dat stormen op het zuidelijk halfrond na verloop van tijd heviger werden, terwijl die op het noordelijk halfrond dat niet deden.Dit komt overeen met klimaatmodellering van de opwarming van de aarde.
Deze veranderingen zijn van belang omdat we weten dat sterkere stormen kunnen leiden tot ernstigere gevolgen zoals extreme wind, temperaturen en regenval.
Lange tijd werden de meeste waarnemingen van het weer op aarde vanaf het land gedaan.Hierdoor kregen 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 eind jaren zeventig satellietwaarnemingen beschikbaar kwamen.
Uit 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 getoond in de onderstaande kaart, die de waargenomen gemiddelde jaarlijkse stormintensiteit toont voor het zuidelijk halfrond (boven), noordelijk halfrond (midden) en het verschil daartussen (onder) van 1980 tot 2018. (Merk op dat de zuidpool op bovenaan de vergelijking tussen de eerste en de laatste kaart.)
De kaart toont de aanhoudend hoge intensiteit van stormen in de Zuidelijke Oceaan op het zuidelijk halfrond en hun concentratie in de Stille en Atlantische Oceaan (oranje gearceerd) op het noordelijk halfrond.De verschilkaart laat zien dat stormen sterker zijn op het zuidelijk halfrond dan op het noordelijk halfrond (oranje arcering) op de meeste breedtegraden.
Hoewel er veel verschillende theorieën zijn, biedt niemand een definitieve verklaring voor het verschil in stormen tussen de twee hemisferen.
Het vinden van de redenen lijkt een moeilijke taak.Hoe begrijp je zo'n complex systeem dat duizenden kilometers beslaat als de atmosfeer?We kunnen de aarde niet in een pot stoppen en bestuderen.Dit is echter precies wat wetenschappers doen die de fysica van het klimaat bestuderen.We passen de wetten van de natuurkunde toe en gebruiken ze om de atmosfeer en het klimaat van de aarde te begrijpen.
Het bekendste voorbeeld van deze aanpak is het baanbrekende werk van Dr. Shuro Manabe, die in 2021 de Nobelprijs voor natuurkunde ontving “voor zijn betrouwbare voorspelling van de opwarming van de aarde”.De voorspellingen zijn gebaseerd op fysieke modellen van het klimaat op 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 middel van modellen van variërende fysieke complexiteit en volgt opkomende signalen van onderliggende fysieke fenomenen.
Om meer stormen op het zuidelijk halfrond te begrijpen, hebben we verschillende bewijzen verzameld, waaronder gegevens van op fysica gebaseerde klimaatmodellen.In de eerste stap bestuderen we waarnemingen in termen van hoe energie over de aarde wordt verdeeld.
Omdat de aarde een bol is, ontvangt het oppervlak de zonnestraling ongelijkmatig van de zon.De meeste energie wordt ontvangen en geabsorbeerd op de evenaar, waar de zonnestralen het oppervlak directer raken.Palen die onder een steile hoek worden geraakt, ontvangen daarentegen minder energie.
Tientallen jaren van onderzoek hebben aangetoond dat de kracht van een storm voortkomt uit dit verschil in energie.In wezen zetten ze de "statische" energie die in dit verschil is opgeslagen om in "kinetische" bewegingsenergie.Deze overgang vindt plaats via een proces dat bekend staat als "baroklinische instabiliteit".
Deze visie suggereert dat invallend zonlicht het grotere aantal stormen op het zuidelijk halfrond niet kan verklaren, aangezien beide halfronden dezelfde hoeveelheid zonlicht ontvangen.In plaats daarvan suggereert onze observatieanalyse dat het verschil in stormintensiteit tussen zuid en noord te wijten kan zijn aan twee verschillende factoren.
Ten eerste het transport van oceaanenergie, vaak de "transportband" genoemd.Water zinkt in de buurt van de Noordpool, stroomt langs de oceaanbodem, stijgt op rond Antarctica en stroomt terug naar het noorden langs de evenaar, waarbij het energie met zich meedraagt.Het eindresultaat is de overdracht van energie van Antarctica naar de Noordpool.Dit zorgt voor een groter energiecontrast tussen de evenaar en de polen op het zuidelijk halfrond dan op het noordelijk halfrond, wat resulteert in zwaardere stormen op het zuidelijk halfrond.
De tweede factor zijn de grote bergen op het noordelijk halfrond, die, zoals Manabe's eerdere werk suggereerde, stormen dempen.Luchtstromen over grote bergketens creëren vaste hoogte- en dieptepunten die de hoeveelheid beschikbare energie voor stormen verminderen.
Analyse van waargenomen gegevens alleen kan deze oorzaken echter niet bevestigen, omdat er te veel factoren tegelijkertijd werken en op elkaar inwerken.Ook kunnen we individuele oorzaken niet uitsluiten om hun significantie te testen.
Om dit te doen, moeten we klimaatmodellen gebruiken om te bestuderen hoe stormen veranderen wanneer verschillende factoren worden verwijderd.
Toen we in de simulatie de bergen van de aarde glad maakten, werd het verschil in stormintensiteit tussen de halfronden gehalveerd.Toen we de lopende band 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 gepaard gaan met ernstige sociale gevolgen, zoals extreme wind, temperaturen en neerslag, is de belangrijke vraag die we moeten beantwoorden of toekomstige stormen sterker of zwakker zullen zijn.
Ontvang samengestelde samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papers van Carbon Brief per e-mail.Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Ontvang samengestelde samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papers van Carbon Brief per e-mail.Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Een belangrijk instrument om samenlevingen voor te bereiden op de gevolgen van klimaatverandering is het verstrekken van voorspellingen op basis van klimaatmodellen.Een nieuwe studie suggereert dat de gemiddelde stormen op het zuidelijk halfrond tegen het einde van de eeuw intenser zullen worden.
Integendeel, de veranderingen in de gemiddelde jaarlijkse intensiteit van stormen op het noordelijk halfrond zullen naar verwachting gematigd zijn.Dit is deels te wijten aan concurrerende seizoenseffecten tussen opwarming in de tropen, waardoor stormen sterker worden, en snelle opwarming in het Noordpoolgebied, waardoor ze zwakker worden.
Het klimaat hier en nu is echter aan het veranderen.Als we kijken naar de veranderingen in de afgelopen decennia, zien we dat de gemiddelde stormen in de loop van het jaar intenser zijn geworden op het zuidelijk halfrond, terwijl de veranderingen op het noordelijk halfrond verwaarloosbaar zijn, in overeenstemming met de voorspellingen van het klimaatmodel over dezelfde periode. .
Hoewel de modellen het signaal onderschatten, geven ze veranderingen aan die om dezelfde fysieke redenen optreden.Dat wil zeggen, veranderingen in de oceaan verhogen stormen omdat warmer water naar de evenaar beweegt en kouder water naar de oppervlakte wordt gebracht rond Antarctica 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 zee-ijs en sneeuw, waardoor het Noordpoolgebied meer zonlicht absorbeert en het contrast tussen de evenaar en de polen verzwakt.
Er staat veel op het spel om het juiste antwoord te krijgen.Het zal voor toekomstig werk belangrijk zijn om te bepalen waarom de modellen het waargenomen signaal onderschatten, maar het zal net zo 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 landvormen en oceaancirculatie, Proceedings of the National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Ontvang samengestelde samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papers van Carbon Brief per e-mail.Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Ontvang samengestelde samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papers van Carbon Brief per e-mail.Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Uitgegeven onder CC-licentie.U mag het onaangepaste materiaal in zijn geheel reproduceren voor niet-commercieel gebruik met een link naar de Carbon Brief en een link naar het artikel.Neem contact met ons op voor commercieel gebruik.