پروفسور تیفانی شاو، استاد گروه علوم زمین، دانشگاه شیکاگو
نیمکره جنوبی یک مکان بسیار متلاطم است.بادها در عرض های جغرافیایی مختلف به عنوان "خروش چهل درجه"، "خشمگین پنجاه درجه" و "فریاد شصت درجه" توصیف شده اند.امواج به ارتفاع عظیم 78 فوت (24 متر) می رسند.
همانطور که همه ما می دانیم، هیچ چیز در نیمکره شمالی نمی تواند با طوفان ها، باد و امواج شدید در نیمکره جنوبی برابری کند.چرا؟
در یک مطالعه جدید منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، من و همکارانم کشف کردیم که چرا طوفان در نیمکره جنوبی بیشتر از نیمکره شمالی رایج است.
با ترکیب چندین خط شواهد از مشاهدات، تئوری و مدل‌های آب و هوایی، نتایج ما به نقش اساسی «تسمه‌های نقاله» اقیانوسی جهانی و کوه‌های بزرگ در نیمکره شمالی اشاره می‌کند.
ما همچنین نشان می‌دهیم که با گذشت زمان، طوفان‌ها در نیمکره جنوبی شدیدتر شدند، در حالی که طوفان‌ها در نیمکره شمالی شدیدتر نشدند.این با مدل‌سازی مدل آب و هوایی گرمایش جهانی سازگار است.
این تغییرات اهمیت دارند زیرا می‌دانیم که طوفان‌های قوی‌تر می‌توانند به اثرات شدیدتری مانند بادهای شدید، دما و بارندگی منجر شوند.
برای مدت طولانی، بیشتر مشاهدات آب و هوا روی زمین از خشکی انجام می شد.این به دانشمندان تصویر واضحی از طوفان در نیمکره شمالی داد.با این حال، در نیمکره جنوبی، که حدود 20 درصد از زمین را در بر می گیرد، تا زمانی که رصدهای ماهواره ای در اواخر دهه 1970 در دسترس قرار گرفت، تصویر واضحی از طوفان به دست نیاوردیم.
از دهه‌ها رصد از آغاز عصر ماهواره، می‌دانیم که طوفان‌ها در نیمکره جنوبی حدود 24 درصد قوی‌تر از طوفان‌های نیمکره شمالی هستند.
این در نقشه زیر نشان داده شده است، که میانگین شدت طوفان مشاهده شده سالانه برای نیمکره جنوبی (بالا)، نیمکره شمالی (مرکز) و تفاوت بین آنها (پایین) را از سال 1980 تا 2018 نشان می دهد. (توجه داشته باشید که قطب جنوب در بالای مقایسه بین اولین و آخرین نقشه.)
این نقشه شدت مداوم طوفان ها را در اقیانوس جنوبی در نیمکره جنوبی و تمرکز آنها را در اقیانوس آرام و اقیانوس اطلس (به رنگ نارنجی) در نیمکره شمالی نشان می دهد.نقشه تفاوت نشان می دهد که طوفان ها در نیمکره جنوبی قوی تر از نیمکره شمالی (سایه های نارنجی) در بیشتر عرض های جغرافیایی هستند.
اگرچه نظریه های مختلف زیادی وجود دارد، اما هیچ کس توضیح قطعی برای تفاوت طوفان های بین دو نیمکره ارائه نمی دهد.
به نظر می رسد یافتن دلایل کار دشواری است.چگونه می توان چنین سیستم پیچیده ای را که هزاران کیلومتر را در بر می گیرد مانند جو درک کرد؟ما نمی توانیم زمین را در یک کوزه بگذاریم و آن را مطالعه کنیم.با این حال، این دقیقاً همان کاری است که دانشمندانی که فیزیک آب و هوا را مطالعه می کنند انجام می دهند.ما قوانین فیزیک را اعمال می کنیم و از آنها برای درک جو و آب و هوای زمین استفاده می کنیم.
مشهورترین نمونه از این رویکرد، کار پیشگام دکتر شورو مانابه است که جایزه نوبل فیزیک 2021 را «به دلیل پیش‌بینی قابل اعتمادش درباره گرمایش جهانی» دریافت کرد.پیش‌بینی‌های آن بر اساس مدل‌های فیزیکی آب و هوای زمین است که از ساده‌ترین مدل‌های دمایی یک‌بعدی تا مدل‌های سه‌بعدی کامل را شامل می‌شود.واکنش آب و هوا به افزایش سطوح دی اکسید کربن در جو را از طریق مدل‌هایی با پیچیدگی فیزیکی متفاوت مورد مطالعه قرار می‌دهد و سیگنال‌های در حال ظهور از پدیده‌های فیزیکی زیربنایی را رصد می‌کند.
برای درک بیشتر طوفان‌ها در نیمکره جنوبی، چندین خط شواهد از جمله داده‌های مدل‌های آب و هوایی مبتنی بر فیزیک جمع‌آوری کرده‌ایم.در مرحله اول، مشاهدات را از نظر نحوه توزیع انرژی در سراسر زمین مطالعه می کنیم.
از آنجایی که زمین یک کره است، سطح آن تابش خورشیدی را به طور ناهموار از خورشید دریافت می کند.بیشتر انرژی در استوا دریافت و جذب می شود، جایی که پرتوهای خورشید مستقیماً به سطح برخورد می کنند.در مقابل، قطب هایی که نور در زوایای تند برخورد می کند، انرژی کمتری دریافت می کنند.
دهه ها تحقیق نشان داده است که قدرت طوفان از همین تفاوت انرژی ناشی می شود.اساساً، آنها انرژی "ایستا" ذخیره شده در این تفاوت را به انرژی "جنبشی" حرکت تبدیل می کنند.این انتقال از طریق فرآیندی به نام "بی ثباتی باروکلینیک" رخ می دهد.
این دیدگاه نشان می‌دهد که نور خورشیدی فرودی نمی‌تواند تعداد بیشتر طوفان‌ها در نیمکره جنوبی را توضیح دهد، زیرا هر دو نیمکره مقدار یکسانی از نور خورشید را دریافت می‌کنند.در عوض، تجزیه و تحلیل رصدی ما نشان می دهد که تفاوت در شدت طوفان بین جنوب و شمال می تواند به دلیل دو عامل متفاوت باشد.
اول، حمل و نقل انرژی اقیانوس، که اغلب به عنوان "تسمه نقاله" شناخته می شود.آب در نزدیکی قطب شمال فرو می‌رود، در امتداد کف اقیانوس جریان می‌یابد، در اطراف قطب جنوب بالا می‌آید و در امتداد خط استوا به سمت شمال جریان می‌یابد و انرژی را با خود حمل می‌کند.نتیجه نهایی انتقال انرژی از قطب جنوب به قطب شمال است.این تضاد انرژی بیشتری را بین استوا و قطب های نیمکره جنوبی نسبت به نیمکره شمالی ایجاد می کند و در نتیجه طوفان های شدیدتری در نیمکره جنوبی ایجاد می کند.
عامل دوم کوه های بزرگ در نیمکره شمالی است که همانطور که کار قبلی مانابه نشان می دهد طوفان ها را خنثی می کند.جریان هوا بر روی رشته کوه های بزرگ، ارتفاعات و پستی های ثابتی را ایجاد می کند که میزان انرژی موجود برای طوفان ها را کاهش می دهد.
با این حال، تجزیه و تحلیل داده های مشاهده شده به تنهایی نمی تواند این علل را تایید کند، زیرا عوامل بسیار زیادی به طور همزمان عمل می کنند و با هم تعامل دارند.همچنین، ما نمی‌توانیم علل فردی را برای آزمایش اهمیت آنها رد کنیم.
برای انجام این کار، باید از مدل‌های آب و هوایی برای بررسی چگونگی تغییر طوفان‌ها با حذف عوامل مختلف استفاده کنیم.
وقتی در شبیه سازی کوه های زمین را صاف کردیم، تفاوت شدت طوفان بین نیمکره ها به نصف کاهش یافت.وقتی تسمه نقاله اقیانوس را برداشتیم، نیمی دیگر از اختلاف طوفان از بین رفت.بنابراین، برای اولین بار، توضیح مشخصی برای طوفان در نیمکره جنوبی کشف می کنیم.
از آنجایی که طوفان‌ها با اثرات اجتماعی شدیدی مانند بادهای شدید، دما و بارندگی همراه هستند، سؤال مهمی که باید به آن پاسخ دهیم این است که آیا طوفان‌های آینده قوی‌تر یا ضعیف‌تر خواهند بود.
خلاصه های سرپرستی شده همه مقالات و مقالات کلیدی را از Carbon Brief از طریق ایمیل دریافت کنید.اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما را در اینجا بیابید.
خلاصه های سرپرستی شده همه مقالات و مقالات کلیدی را از Carbon Brief از طریق ایمیل دریافت کنید.اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما را در اینجا بیابید.
یک ابزار کلیدی در آماده سازی جوامع برای رویارویی با اثرات تغییرات آب و هوایی، ارائه پیش بینی های مبتنی بر مدل های اقلیمی است.یک مطالعه جدید نشان می دهد که متوسط ​​طوفان های نیمکره جنوبی تا پایان قرن شدیدتر خواهند شد.
در مقابل، تغییرات در شدت متوسط ​​سالانه طوفان ها در نیمکره شمالی متوسط ​​پیش بینی می شود.این تا حدی به دلیل تأثیرات فصلی رقابتی بین گرم شدن در مناطق استوایی است که طوفان ها را قوی تر می کند و گرم شدن سریع در قطب شمال که آنها را ضعیف تر می کند.
با این حال، آب و هوا اینجا و اکنون در حال تغییر است.وقتی به تغییرات چند دهه گذشته نگاه می‌کنیم، متوجه می‌شویم که طوفان‌های متوسط ​​در طول سال در نیمکره جنوبی شدیدتر شده‌اند، در حالی که تغییرات در نیمکره شمالی ناچیز بوده است، مطابق با پیش‌بینی‌های مدل آب و هوایی در همان دوره. .
اگرچه مدل‌ها سیگنال را دست‌کم می‌گیرند، اما نشان‌دهنده تغییراتی هستند که به دلایل فیزیکی یکسان رخ می‌دهند.یعنی تغییرات اقیانوس باعث افزایش طوفان‌ها می‌شود زیرا آب گرم‌تر به سمت استوا حرکت می‌کند و آب سردتر برای جایگزینی آن به سطح قطب جنوب آورده می‌شود و در نتیجه تضاد قوی‌تری بین استوا و قطب‌ها ایجاد می‌شود.
در نیمکره شمالی، تغییرات اقیانوس ها با از بین رفتن یخ و برف دریا خنثی می شود و باعث می شود قطب شمال نور خورشید بیشتری را جذب کند و تضاد بین استوا و قطب را ضعیف کند.
خطر دریافت پاسخ صحیح زیاد است.تعیین اینکه چرا مدل‌ها سیگنال مشاهده شده را دست کم می‌گیرند، برای کار آینده مهم خواهد بود، اما به همان اندازه مهم است که به دلایل فیزیکی درست، پاسخ درست را دریافت کنیم.
شیائو، تی و همکاران(2022) طوفان ها در نیمکره جنوبی به دلیل شکل های زمین و گردش اقیانوس، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده آمریکا، doi: 10.1073/pnas.2123512119
خلاصه های سرپرستی شده همه مقالات و مقالات کلیدی را از Carbon Brief از طریق ایمیل دریافت کنید.اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما را در اینجا بیابید.
خلاصه های سرپرستی شده همه مقالات و مقالات کلیدی را از Carbon Brief از طریق ایمیل دریافت کنید.اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما را در اینجا بیابید.
تحت مجوز CC منتشر شده است.شما می توانید مطالب تطبیق نشده را به طور کامل برای استفاده غیرتجاری با پیوندی به Carbon Brief و پیوندی به مقاله بازتولید کنید.لطفا برای استفاده تجاری با ما تماس بگیرید.