Professor Tiffany Shaw, hoogleraar, afdeling Geowetenschappen, Universiteit van Chicago
Het zuidelijk halfrond is een zeer turbulente plek. Winden op verschillende breedtegraden zijn beschreven als "brullende veertig graden", "woedende vijftig graden" en "gierende zestig graden". Golven bereiken een duizelingwekkende hoogte van maar liefst 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 nieuw onderzoek, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, leggen mijn collega's en ik uit waarom stormen vaker voorkomen op het zuidelijk halfrond dan op het noordelijk halfrond.
Door verschillende bewijslijnen uit 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 in de loop van de tijd heviger werden, terwijl die op het noordelijk halfrond hetzelfde bleven. Dit komt overeen met de klimaatmodellering van de opwarming van de aarde.
Deze veranderingen zijn van belang omdat we weten dat hevigere stormen ernstigere gevolgen kunnen hebben, zoals extreme wind, hoge temperaturen en veel neerslag.
Lange tijd werden de meeste weerswaarnemingen op aarde vanaf het land gedaan. 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 pas een duidelijk beeld van stormen toen eind jaren 70 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 is te zien op de onderstaande kaart, waarop de waargenomen gemiddelde jaarlijkse stormintensiteit voor het zuidelijk halfrond (boven), het noordelijk halfrond (midden) en het verschil tussen beide (onder) van 1980 tot 2018 is weergegeven. (Let op: de Zuidpool staat bovenaan in 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 op het zuidelijk halfrond op de meeste breedtegraden sterker zijn dan op het noordelijk halfrond (oranje gearceerd).
Hoewel er veel verschillende theorieën bestaan, biedt niemand een definitieve verklaring voor het verschil in stormen op de twee halfronden.
Het achterhalen van de oorzaken lijkt een lastige opgave. Hoe begrijpen we zo'n complex systeem dat zich over duizenden kilometers uitstrekt, zoals de atmosfeer? We kunnen de aarde niet in een pot stoppen en bestuderen. Dat is echter precies wat wetenschappers die de klimaatfysica bestuderen, doen. We passen de natuurkundige wetten toe en gebruiken die 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 fysische modellen van het aardklimaat, variërend van de eenvoudigste eendimensionale temperatuurmodellen tot volwaardige driedimensionale modellen. Het bestudeert de reactie van het klimaat op stijgende koolstofdioxidegehaltes in de atmosfeer met behulp van modellen van variërende fysische complexiteit en monitort signalen die voortkomen uit onderliggende fysische verschijnselen.
Om meer inzicht te krijgen in stormen op het zuidelijk halfrond, hebben we verschillende bewijslijnen verzameld, waaronder gegevens uit op natuurkunde gebaseerde klimaatmodellen. In de eerste stap bestuderen we observaties met betrekking tot de verdeling van energie over de aarde.
Omdat de aarde bolvormig is, ontvangt het oppervlak de zonnestraling ongelijkmatig. De meeste energie wordt opgevangen en geabsorbeerd aan de evenaar, waar de zonnestralen het oppervlak directer raken. Polen daarentegen, waar het licht onder een steile hoek op valt, ontvangen minder energie.
Tientallen jaren van onderzoek hebben aangetoond dat de kracht van een storm voortkomt uit dit energieverschil. 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 "barokliene 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 observationele analyse dat het verschil in stormintensiteit tussen zuid en noord te wijten zou kunnen zijn aan twee verschillende factoren.
Ten eerste het transport van oceaanenergie, vaak de "transportband" genoemd. Water zinkt nabij 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 energieoverdracht 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 zwaardere stormen op het zuidelijk halfrond.
De tweede factor zijn de grote bergen op het noordelijk halfrond, die, zoals Manabes eerdere werk suggereerde, stormen dempen. Luchtstromen boven grote bergketens creëren vaste pieken en dalen die de hoeveelheid energie die beschikbaar is voor stormen verminderen.
Analyse van alleen de waargenomen gegevens kan deze oorzaken echter niet bevestigen, omdat er te veel factoren tegelijk werken en interacteren. Bovendien 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 als verschillende factoren worden verwijderd.
Toen we de aardse bergen in de simulatie gladstreken, halveerde het verschil in stormintensiteit tussen de hemisferen. Toen we de transportband van de oceaan verwijderden, verdween de andere helft van het stormverschil. Zo ontdekken we voor het eerst een concrete verklaring voor stormen op het zuidelijk halfrond.
Omdat stormen gepaard gaan met ernstige maatschappelijke gevolgen, zoals extreme wind, hoge temperaturen en neerslag, is de belangrijke vraag die we moeten beantwoorden of toekomstige stormen sterker of zwakker zullen zijn.
Ontvang per e-mail zorgvuldig samengestelde samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papers uit Carbon Brief. Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Ontvang per e-mail zorgvuldig samengestelde samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papers uit Carbon Brief. Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Een belangrijk instrument om samenlevingen voor te bereiden op de gevolgen van klimaatverandering is het opstellen van voorspellingen op basis van klimaatmodellen. Een nieuwe studie suggereert dat stormen op het zuidelijk halfrond tegen het einde van de eeuw heviger zullen worden.
Integendeel, de veranderingen in de gemiddelde jaarlijkse intensiteit van stormen op het noordelijk halfrond zullen naar verwachting gematigd zijn. Dit komt deels door de concurrerende seizoenseffecten tussen opwarming in de tropen, waardoor stormen sterker worden, en snelle opwarming in het noordpoolgebied, waardoor ze zwakker worden.
Het klimaat is echter aan het veranderen. Als we kijken naar de veranderingen van de afgelopen decennia, zien we dat gemiddelde stormen in de loop van het jaar intenser zijn geworden op het zuidelijk halfrond, terwijl veranderingen op het noordelijk halfrond verwaarloosbaar zijn geweest, wat overeenkomt met de voorspellingen van klimaatmodellen over dezelfde periode.
Hoewel de modellen het signaal onderschatten, geven ze aan dat veranderingen om dezelfde fysieke redenen plaatsvinden. Dat wil zeggen, veranderingen in de oceaan verergeren stormen doordat warmer water richting de evenaar stroomt en kouder water rond Antarctica naar de oppervlakte wordt gebracht ter vervanging, wat resulteert in een sterker contrast tussen de evenaar en de polen.
Op het noordelijk halfrond worden veranderingen in de oceaan gecompenseerd door het verlies van zee-ijs en sneeuw, waardoor het Noordpoolgebied meer zonlicht absorbeert en het contrast tussen de evenaar en de polen afneemt.
De inzet om het juiste antwoord te vinden is hoog. Het zal voor toekomstig onderzoek belangrijk zijn om te bepalen waarom de modellen het waargenomen signaal onderschatten, maar het zal net zo belangrijk zijn om het juiste antwoord te vinden om de juiste fysische redenen.
Xiao, T. et al. (2022) Stormen op het zuidelijk halfrond als gevolg van landvormen en oceaancirculatie, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Ontvang per e-mail zorgvuldig samengestelde samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papers uit Carbon Brief. Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Ontvang per e-mail zorgvuldig samengestelde samenvattingen van alle belangrijke artikelen en papers uit Carbon Brief. Lees hier meer over onze nieuwsbrief.
Gepubliceerd onder CC-licentie. U mag het ongewijzigde 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.