Professora Tiffany Shaw, professora del Departament de Geociències de la Universitat de Chicago
L'hemisferi sud és un lloc molt turbulent.Els vents a diverses latituds s'han descrit com a "quaranta graus rugits", "cinquanta graus furiosos" i "seixanta graus a crits".Les onades arriben als 24 metres (78 peus).
Com tots sabem, res a l'hemisferi nord pot igualar les fortes tempestes, vent i onades de l'hemisferi sud.Per què?
En un nou estudi publicat a Proceedings of the National Academy of Sciences, els meus col·legues i jo descobrim per què les tempestes són més freqüents a l'hemisferi sud que al nord.
Combinant diverses línies d'evidència d'observacions, teoria i models climàtics, els nostres resultats assenyalen el paper fonamental de les "cintures transportadores" oceàniques globals i les grans muntanyes de l'hemisferi nord.
També mostrem que, amb el temps, les tempestes a l'hemisferi sud es van fer més intenses, mentre que les de l'hemisferi nord no.Això és coherent amb el model climàtic de l'escalfament global.
Aquests canvis són importants perquè sabem que les tempestes més fortes poden provocar impactes més greus, com ara vents extrems, temperatures i pluges.
Durant molt de temps, la majoria d'observacions del temps a la Terra es van fer des de la terra.Això va donar als científics una imatge clara de la tempesta a l'hemisferi nord.No obstant això, a l'hemisferi sud, que cobreix al voltant del 20 per cent de la terra, no vam tenir una imatge clara de les tempestes fins que les observacions per satèl·lit van estar disponibles a finals dels anys setanta.
A partir de dècades d'observació des de l'inici de l'era dels satèl·lits, sabem que les tempestes a l'hemisferi sud són aproximadament un 24 per cent més fortes que les de l'hemisferi nord.
Això es mostra al mapa següent, que mostra la intensitat mitjana anual de tempesta observada per a l'hemisferi sud (superior), l'hemisferi nord (centre) i la diferència entre ells (inferior) des del 1980 al 2018. (Tingueu en compte que el pol sud es troba a la part superior de la comparació entre el primer i l'últim mapa.)
El mapa mostra la intensitat persistentment alta de les tempestes a l'oceà Austral a l'hemisferi sud i la seva concentració als oceans Pacífic i Atlàntic (ombrejats en taronja) a l'hemisferi nord.El mapa de diferències mostra que les tempestes són més fortes a l'hemisferi sud que a l'hemisferi nord (ombrejat taronja) a la majoria de latituds.
Tot i que hi ha moltes teories diferents, ningú ofereix una explicació definitiva de la diferència de tempestes entre els dos hemisferis.
Esbrinar els motius sembla ser una tasca difícil.Com entendre un sistema tan complex que abasta milers de quilòmetres com l'atmosfera?No podem posar la Terra en un pot i estudiar-la.Tanmateix, això és precisament el que estan fent els científics que estudien la física del clima.Apliquem les lleis de la física i les fem servir per entendre l'atmosfera i el clima de la Terra.
L'exemple més famós d'aquest enfocament és el treball pioner del doctor Shuro Manabe, que va rebre el Premi Nobel de Física 2021 "per la seva predicció fiable de l'escalfament global".Les seves prediccions es basen en models físics del clima de la Terra, que van des dels models de temperatura unidimensionals més simples fins a models tridimensionals complets.Estudia la resposta del clima a l'augment dels nivells de diòxid de carboni a l'atmosfera mitjançant models de complexitat física diferent i supervisa els senyals emergents dels fenòmens físics subjacents.
Per entendre més tempestes a l'hemisferi sud, hem recopilat diverses línies d'evidència, incloses dades de models climàtics basats en la física.En el primer pas, estudiem les observacions en termes de com es distribueix l'energia per la Terra.
Com que la Terra és una esfera, la seva superfície rep la radiació solar de manera desigual del Sol.La major part de l'energia es rep i s'absorbeix a l'equador, on els raigs del sol incideixen més directament sobre la superfície.En canvi, els pols que la llum colpeja en angles pronunciats reben menys energia.
Dècades d'investigació han demostrat que la força d'una tempesta prové d'aquesta diferència d'energia.Essencialment, converteixen l'energia "estàtica" emmagatzemada en aquesta diferència en energia "cinètica" de moviment.Aquesta transició es produeix mitjançant un procés conegut com a "inestabilitat baroclínica".
Aquesta visió suggereix que la llum solar incident no pot explicar el major nombre de tempestes a l'hemisferi sud, ja que ambdós hemisferis reben la mateixa quantitat de llum solar.En canvi, la nostra anàlisi observacional suggereix que la diferència d'intensitat de la tempesta entre el sud i el nord podria ser deguda a dos factors diferents.
En primer lloc, el transport d'energia oceànica, sovint anomenada "cinta transportadora".L'aigua s'enfonsa prop del pol nord, flueix pel fons de l'oceà, puja al voltant de l'Antàrtida i torna cap al nord al llarg de l'equador, portant energia amb ella.El resultat final és la transferència d'energia de l'Antàrtida al pol nord.Això crea un contrast energètic més gran entre l'equador i els pols a l'hemisferi sud que a l'hemisferi nord, donant lloc a tempestes més severes a l'hemisferi sud.
El segon factor són les grans muntanyes de l'hemisferi nord, que, com suggeria el treball anterior de Manabe, amortitzen les tempestes.Els corrents d'aire sobre grans serralades creen altes i baixes fixes que redueixen la quantitat d'energia disponible per a les tempestes.
Tanmateix, l'anàlisi de les dades observades per si sola no pot confirmar aquestes causes, perquè hi ha massa factors que operen i interaccionen simultàniament.A més, no podem excloure causes individuals per comprovar la seva importància.
Per fer-ho, hem d'utilitzar models climàtics per estudiar com canvien les tempestes quan s'eliminen diferents factors.
Quan vam suavitzar les muntanyes terrestres a la simulació, la diferència d'intensitat de la tempesta entre els hemisferis es va reduir a la meitat.Quan vam treure la cinta transportadora de l'oceà, l'altra meitat de la diferència de la tempesta havia desaparegut.Així, per primera vegada, descobrim una explicació concreta de les tempestes a l'hemisferi sud.
Atès que les tempestes s'associen a impactes socials greus, com ara vents extrems, temperatures i precipitacions, la pregunta important que hem de respondre és si les tempestes futures seran més fortes o més febles.
Rebeu resums seleccionats de tots els articles i articles clau de Carbon Brief per correu electrònic.Obteniu més informació sobre el nostre butlletí aquí.
Rebeu resums seleccionats de tots els articles i articles clau de Carbon Brief per correu electrònic.Obteniu més informació sobre el nostre butlletí aquí.
Una eina clau per preparar les societats per fer front als efectes del canvi climàtic és la presentació de previsions basades en models climàtics.Un nou estudi suggereix que les tempestes mitjanes de l'hemisferi sud seran més intenses cap a finals de segle.
Per contra, es preveu que els canvis en la intensitat mitjana anual de les tempestes a l'hemisferi nord siguin moderats.Això es deu en part als efectes estacionals competitius entre l'escalfament als tròpics, que fa que les tempestes siguin més fortes, i l'escalfament ràpid a l'Àrtic, que les fa més febles.
Tanmateix, el clima aquí i ara està canviant.Quan mirem els canvis en les últimes dècades, trobem que les tempestes mitjanes s'han tornat més intenses al llarg de l'any a l'hemisferi sud, mentre que els canvis a l'hemisferi nord han estat insignificants, d'acord amb les prediccions del model climàtic durant el mateix període. .
Tot i que els models subestimen el senyal, indiquen canvis que es produeixen per les mateixes raons físiques.És a dir, els canvis en l'oceà augmenten les tempestes perquè l'aigua més càlida es mou cap a l'equador i l'aigua més freda arriba a la superfície al voltant de l'Antàrtida per substituir-la, donant lloc a un contrast més fort entre l'equador i els pols.
A l'hemisferi nord, els canvis oceànics es veuen compensats per la pèrdua de gel marí i neu, fent que l'Àrtic absorbeixi més llum solar i debilitant el contrast entre l'equador i els pols.
Els interessos d'obtenir la resposta correcta són grans.Serà important per al treball futur determinar per què els models subestimen el senyal observat, però també serà important obtenir la resposta correcta per les raons físiques adequades.
Xiao, T. et al.(2022) Storms in the Southern Hemisphere due to landforms and ocean circulation, Actes de l'Acadèmia Nacional de Ciències dels Estats Units d'Amèrica, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Rebeu resums seleccionats de tots els articles i articles clau de Carbon Brief per correu electrònic.Obteniu més informació sobre el nostre butlletí aquí.
Rebeu resums seleccionats de tots els articles i articles clau de Carbon Brief per correu electrònic.Obteniu més informació sobre el nostre butlletí aquí.
Publicat sota llicència CC.Podeu reproduir el material no adaptat en la seva totalitat per a ús no comercial amb un enllaç al Carbon Brief i un enllaç a l'article.Si us plau, poseu-vos en contacte amb nosaltres per a ús comercial.