پروفسور تیفانی شاو، استاد گروه علوم زمین، دانشگاه شیکاگو
نیمکره جنوبی مکانی بسیار متلاطم است. بادها در عرض‌های جغرافیایی مختلف به صورت «چهل درجه غران»، «پنجاه درجه خشمگین» و «شصت درجه فریادزن» توصیف شده‌اند. امواج به ارتفاع عظیم ۷۸ فوت (۲۴ متر) می‌رسند.
همانطور که همه ما می‌دانیم، هیچ چیز در نیمکره شمالی نمی‌تواند با طوفان‌های شدید، باد و امواج نیمکره جنوبی برابری کند. چرا؟
در مطالعه‌ی جدیدی که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است، من و همکارانم کشف کردیم که چرا طوفان‌ها در نیمکره‌ی جنوبی بیشتر از نیمکره‌ی شمالی رخ می‌دهند.
با ترکیب چندین شواهد از مشاهدات، نظریه‌ها و مدل‌های اقلیمی، نتایج ما به نقش اساسی «کمربندهای نقاله» اقیانوسی جهانی و کوه‌های بزرگ در نیمکره شمالی اشاره دارد.
ما همچنین نشان می‌دهیم که با گذشت زمان، طوفان‌ها در نیمکره جنوبی شدیدتر شده‌اند، در حالی که طوفان‌های نیمکره شمالی اینگونه نبوده‌اند. این با مدل‌سازی مدل اقلیمی گرمایش جهانی سازگار است.
این تغییرات مهم هستند زیرا می‌دانیم که طوفان‌های قوی‌تر می‌توانند منجر به اثرات شدیدتری مانند بادهای شدید، دما و بارندگی شوند.
برای مدت طولانی، بیشتر مشاهدات آب و هوای زمین از خشکی انجام می‌شد. این امر به دانشمندان تصویر واضحی از طوفان در نیمکره شمالی می‌داد. با این حال، در نیمکره جنوبی، که حدود 20 درصد از خشکی را پوشش می‌دهد، تا اواخر دهه 1970 که مشاهدات ماهواره‌ای در دسترس قرار گرفت، تصویر واضحی از طوفان‌ها نداشتیم.
از دهه‌ها مشاهده از آغاز عصر ماهواره، می‌دانیم که طوفان‌ها در نیمکره جنوبی حدود ۲۴ درصد قوی‌تر از طوفان‌های نیمکره شمالی هستند.
این موضوع در نقشه زیر نشان داده شده است که میانگین شدت طوفان سالانه مشاهده شده برای نیمکره جنوبی (بالا)، نیمکره شمالی (مرکز) و تفاوت بین آنها (پایین) را از سال ۱۹۸۰ تا ۲۰۱۸ نشان می‌دهد. (توجه داشته باشید که قطب جنوب در بالای مقایسه بین نقشه‌های اول و آخر قرار دارد.)
این نقشه شدت بالای مداوم طوفان‌ها در اقیانوس منجمد جنوبی در نیمکره جنوبی و تمرکز آنها در اقیانوس‌های آرام و اطلس (با سایه نارنجی) در نیمکره شمالی را نشان می‌دهد. نقشه تفاوت نشان می‌دهد که طوفان‌ها در نیمکره جنوبی در بیشتر عرض‌های جغرافیایی قوی‌تر از نیمکره شمالی (با سایه نارنجی) هستند.
اگرچه نظریه‌های مختلفی وجود دارد، اما هیچ‌کس توضیح قطعی برای تفاوت طوفان‌ها بین دو نیمکره ارائه نمی‌دهد.
یافتن دلایل به نظر کار دشواری است. چگونه می‌توان چنین سیستم پیچیده‌ای مانند جو را که هزاران کیلومتر امتداد دارد، درک کرد؟ ما نمی‌توانیم زمین را در یک ظرف شیشه‌ای قرار دهیم و آن را مطالعه کنیم. با این حال، این دقیقاً همان کاری است که دانشمندانی که فیزیک آب و هوا را مطالعه می‌کنند، انجام می‌دهند. ما قوانین فیزیک را به کار می‌بریم و از آنها برای درک جو و آب و هوای زمین استفاده می‌کنیم.
مشهورترین نمونه این رویکرد، کار پیشگامانه دکتر شورو مانابه است که جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۱ را «به خاطر پیش‌بینی قابل اعتمادش از گرمایش جهانی» دریافت کرد. پیش‌بینی‌های این روش بر اساس مدل‌های فیزیکی آب و هوای زمین است، از ساده‌ترین مدل‌های دمایی تک‌بعدی گرفته تا مدل‌های سه‌بعدی کامل. این روش، پاسخ آب و هوا به افزایش سطح دی‌اکسید کربن در جو را از طریق مدل‌هایی با پیچیدگی فیزیکی متفاوت مطالعه می‌کند و سیگنال‌های نوظهور از پدیده‌های فیزیکی زیربنایی را رصد می‌کند.
برای درک بیشتر طوفان‌ها در نیمکره جنوبی، ما چندین دسته شواهد، از جمله داده‌های مدل‌های اقلیمی مبتنی بر فیزیک، جمع‌آوری کرده‌ایم. در مرحله اول، مشاهدات را از نظر نحوه توزیع انرژی در سراسر زمین مطالعه می‌کنیم.
از آنجایی که زمین کروی است، سطح آن تابش خورشیدی را به طور ناهموار از خورشید دریافت می‌کند. بیشتر انرژی در خط استوا دریافت و جذب می‌شود، جایی که پرتوهای خورشید مستقیماً به سطح برخورد می‌کنند. در مقابل، قطب‌هایی که نور با زاویه‌های تند به آنها برخورد می‌کند، انرژی کمتری دریافت می‌کنند.
دهه‌ها تحقیق نشان داده است که قدرت طوفان از این اختلاف انرژی ناشی می‌شود. اساساً، آنها انرژی "استاتیک" ذخیره شده در این اختلاف را به انرژی "جنبشی" حرکت تبدیل می‌کنند. این گذار از طریق فرآیندی به نام "ناپایداری باروکلینیک" رخ می‌دهد.
این دیدگاه نشان می‌دهد که نور خورشیدِ تابشی نمی‌تواند تعداد بیشتر طوفان‌ها در نیمکره جنوبی را توضیح دهد، زیرا هر دو نیمکره به یک میزان نور خورشید دریافت می‌کنند. در عوض، تجزیه و تحلیل مشاهدات ما نشان می‌دهد که تفاوت در شدت طوفان بین نیمکره جنوبی و شمالی می‌تواند به دلیل دو عامل مختلف باشد.
اول، انتقال انرژی اقیانوسی، که اغلب به عنوان "کمربند نقاله" شناخته می‌شود. 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 امر باعث ایجاد تضاد انرژی بیشتری بین خط استوا و قطب‌ها در نیمکره جنوبی نسبت به نیمکره شمالی می‌شود و در نتیجه طوفان‌های شدیدتری در نیمکره جنوبی رخ می‌دهد.
عامل دوم، کوه‌های بزرگ در نیمکره شمالی هستند که همانطور که کار قبلی مانابه نشان می‌داد، طوفان‌ها را تعدیل می‌کنند. جریان‌های هوا بر فراز رشته‌کوه‌های بزرگ، پستی و بلندی‌های ثابتی ایجاد می‌کنند که میزان انرژی موجود برای طوفان‌ها را کاهش می‌دهند.
با این حال، تجزیه و تحلیل داده‌های مشاهده شده به تنهایی نمی‌تواند این علل را تأیید کند، زیرا عوامل بسیار زیادی به طور همزمان عمل می‌کنند و با هم تعامل دارند. همچنین، ما نمی‌توانیم علل منفرد را برای آزمایش اهمیت آنها حذف کنیم.
برای انجام این کار، باید از مدل‌های اقلیمی برای مطالعه‌ی چگونگی تغییر طوفان‌ها در صورت حذف عوامل مختلف استفاده کنیم.
وقتی در شبیه‌سازی، کوه‌های زمین را هموار کردیم، تفاوت شدت طوفان بین نیمکره‌ها نصف شد. وقتی کمربند نقاله اقیانوس را حذف کردیم، نیمه دیگر تفاوت طوفان از بین رفت. بنابراین، برای اولین بار، توضیحی ملموس برای طوفان‌ها در نیمکره جنوبی کشف کردیم.
از آنجایی که طوفان‌ها با تأثیرات اجتماعی شدیدی مانند بادهای شدید، دما و بارندگی همراه هستند، سوال مهمی که باید به آن پاسخ دهیم این است که آیا طوفان‌های آینده قوی‌تر یا ضعیف‌تر خواهند بود.
خلاصه‌های گلچین‌شده‌ای از تمام مقالات و نوشته‌های کلیدی Carbon Brief را از طریق ایمیل دریافت کنید. برای اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما اینجا را ببینید.
خلاصه‌های گلچین‌شده‌ای از تمام مقالات و نوشته‌های کلیدی Carbon Brief را از طریق ایمیل دریافت کنید. برای اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما اینجا را ببینید.
یک ابزار کلیدی در آماده‌سازی جوامع برای مقابله با اثرات تغییرات اقلیمی، ارائه پیش‌بینی‌هایی بر اساس مدل‌های اقلیمی است. یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که طوفان‌های نیمکره جنوبی به طور متوسط تا پایان قرن شدیدتر خواهند شد.
برعکس، پیش‌بینی می‌شود تغییرات در میانگین شدت سالانه طوفان‌ها در نیمکره شمالی متوسط باشد. این امر تا حدودی به دلیل اثرات فصلی رقابتی بین گرمایش در مناطق گرمسیری که طوفان‌ها را قوی‌تر می‌کند و گرمایش سریع در قطب شمال که آنها را ضعیف‌تر می‌کند، است.
با این حال، آب و هوا در اینجا و اکنون در حال تغییر است. وقتی به تغییرات در 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، که با پیش‌بینی‌های مدل‌های آب و هوایی در همان دوره سازگار است.
اگرچه مدل‌ها سیگنال را کمتر از مقدار واقعی تخمین می‌زنند، اما نشان می‌دهند که تغییراتی به همان دلایل فیزیکی رخ می‌دهند. یعنی تغییرات در اقیانوس، طوفان‌ها را افزایش می‌دهد زیرا آب گرم‌تر به سمت خط استوا حرکت می‌کند و آب سردتر برای جایگزینی آن به سطح اطراف قطب جنوب آورده می‌شود و در نتیجه تضاد قوی‌تری بین استوا و قطب‌ها ایجاد می‌شود.
در نیمکره شمالی، تغییرات اقیانوس با از دست دادن یخ و برف دریا جبران می‌شود و باعث می‌شود قطب شمال نور خورشید بیشتری را جذب کند و کنتراست بین استوا و قطب‌ها را تضعیف کند.
ریسک رسیدن به پاسخ درست بالاست. برای کارهای آینده مهم خواهد بود که مشخص شود چرا مدل‌ها سیگنال مشاهده‌شده را کمتر از مقدار واقعی تخمین می‌زنند، اما به همان اندازه مهم است که به دلایل فیزیکی درست، پاسخ درست را نیز به دست آوریم.
شیائو، تی. و همکاران (2022) طوفان‌ها در نیمکره جنوبی به دلیل شکل زمین و گردش اقیانوس، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده آمریکا، doi: 10.1073/pnas.2123512119
خلاصه‌های گلچین‌شده‌ای از تمام مقالات و نوشته‌های کلیدی Carbon Brief را از طریق ایمیل دریافت کنید. برای اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما اینجا را ببینید.
خلاصه‌های گلچین‌شده‌ای از تمام مقالات و نوشته‌های کلیدی Carbon Brief را از طریق ایمیل دریافت کنید. برای اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما اینجا را ببینید.
تحت مجوز CC منتشر شده است. شما می‌توانید مطالب اقتباس نشده را به طور کامل برای استفاده غیرتجاری با لینک به خلاصه کربن و لینک به مقاله بازتولید کنید. لطفاً برای استفاده تجاری با ما تماس بگیرید.
زمان ارسال: ۲۹ ژوئن ۲۰۲۳