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 "rugents de quaranta graus", "furiosos de cinquanta graus" i "crits de seixanta graus". Les ones arriben als impressionants 24 metres.
Com tots sabem, res a l'hemisferi nord pot igualar les fortes tempestes, el vent i les onades de l'hemisferi sud. Per què?
En un nou estudi publicat a les Actes de l'Acadèmia Nacional de Ciències, 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 a partir d'observacions, teoria i models climàtics, els nostres resultats apunten al paper fonamental de les "cintes 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 tornar 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, temperatures i precipitacions extremes.
Durant molt de temps, la majoria d'observacions del temps a la Terra es van fer des de terra ferma. Això va donar als científics una imatge clara de la tempesta a l'hemisferi nord. Tanmateix, a l'hemisferi sud, que cobreix aproximadament el 20% de la terra, no vam obtenir una imatge clara de les tempestes fins que les observacions per satèl·lit van estar disponibles a finals de la dècada de 1970.
A partir de dècades d'observació des del començament de l'era dels satèl·lits, sabem que les tempestes de 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 les tempestes observada per a l'hemisferi sud (a dalt) i l'hemisferi nord (centre) i la diferència entre elles (a baix) des del 1980 fins 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 Antàrtic a l'hemisferi sud i la seva concentració als oceans Pacífic i Atlàntic (ombrejat 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 en les tempestes entre els dos hemisferis.
Esbrinar-ne els motius sembla 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 fan els científics que estudien la física del clima. Apliquem les lleis de la física i les utilitzem per entendre l'atmosfera i el clima de la Terra.
L'exemple més famós d'aquest plantejament és el treball pioner del Dr. 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 variable i monitoritza els senyals emergents dels fenòmens físics subjacents.
Per entendre més les tempestes a l'hemisferi sud, hem recopilat diverses proves, incloent-hi dades de models climàtics basats en la física. En el primer pas, estudiem les observacions pel que fa a com es distribueix l'energia per la Terra.
Com que la Terra és una esfera, la seva superfície rep la radiació solar del Sol de manera desigual. La major part de l'energia es rep i s'absorbeix a l'equador, on els raigs del sol incideixen més directament a la superfície. En canvi, els pols que la llum incideix en angles pronunciats reben menys energia.
Dècades de recerca 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".
Aquest punt de vista suggereix que la llum solar incident no pot explicar el nombre més gran de tempestes a l'hemisferi sud, ja que tots dos hemisferis reben la mateixa quantitat de llum solar. En canvi, la nostra anàlisi observacional suggereix que la diferència en la intensitat de les tempestes entre el sud i el nord podria ser deguda a dos factors diferents.
En primer lloc, el transport d'energia oceànica, sovint anomenat "cinta transportadora". L'aigua s'enfonsa prop del Pol Nord, flueix pel fons oceànic, puja al voltant de l'Antàrtida i torna cap al nord per 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, cosa que provoca 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, esmorteeixen les tempestes. Els corrents d'aire sobre grans serralades creen màxims i mínims fixos 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 interactuen simultàniament. A més, no podem excloure causes individuals per comprovar-ne la importància.
Per fer això, necessitem utilitzar models climàtics per estudiar com canvien les tempestes quan s'eliminen diferents factors.
Quan vam suavitzar les muntanyes de la Terra a la simulació, la diferència en la intensitat de les tempestes entre els hemisferis es va reduir a la meitat. Quan vam eliminar la cinta transportadora de l'oceà, l'altra meitat de la diferència de tempestes havia desaparegut. Així, per primera vegada, descobrim una explicació concreta per a les tempestes a l'hemisferi sud.
Com que les tempestes s'associen amb greus impactes socials, com ara vents, temperatures i precipitacions extremes, la pregunta important que hem de respondre és si les futures tempestes seran més fortes o més febles.
Rebeu resums seleccionats de tots els articles i treballs clau de Carbon Brief per correu electrònic. Més informació sobre el nostre butlletí aquí.
Rebeu resums seleccionats de tots els articles i treballs clau de Carbon Brief per correu electrònic. Més informació sobre el nostre butlletí aquí.
Una eina clau per preparar les societats per afrontar els efectes del canvi climàtic és la provisió de previsions basades en models climàtics. Un nou estudi suggereix que les tempestes mitjanes de l'hemisferi sud esdevindran més intenses cap a finals de segle.
Al contrari, 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 que competeixen 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 observem els canvis de 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 que els canvis es produeixen per les mateixes raons físiques. És a dir, els canvis a 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, cosa que resulta en un contrast més fort entre l'equador i els pols.
A l'hemisferi nord, els canvis oceànics es compensen amb la pèrdua de gel marí i neu, cosa que fa que l'Àrtic absorbeixi més llum solar i debilita el contrast entre l'equador i els pols.
Hi ha molt en joc per obtenir la resposta correcta. Serà important per a futurs treballs determinar per què els models subestimen el senyal observat, però serà igualment important obtenir la resposta correcta per les raons físiques correctes.
Xiao, T. et al. (2022) Tempestes a l'hemisferi sud a causa de les formes del relleu i la circulació oceànica, 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 treballs clau de Carbon Brief per correu electrònic. Més informació sobre el nostre butlletí aquí.
Rebeu resums seleccionats de tots els articles i treballs clau de Carbon Brief per correu electrònic. 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. Poseu-vos en contacte amb nosaltres per a ús comercial.