پروفسور تیفانی شاو ، استاد ، گروه علوم زمین ، دانشگاه شیکاگو
نیمکره جنوبی مکانی بسیار آشفته است. وزش باد در عرض های مختلف به عنوان "غرش چهل درجه" ، "پنجاه درجه خشمگین" و "فریاد شصت درجه" توصیف شده است. امواج به 78 فوت (24 متر) می رسند.
همانطور که همه ما می دانیم ، هیچ چیز در نیمکره شمالی نمی تواند با طوفان های شدید ، باد و امواج در نیمکره جنوبی مطابقت داشته باشد. چرا؟
در یک مطالعه جدید که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است ، من و همکاران من کشف می کنیم که چرا طوفان ها در نیمکره جنوبی بیشتر از شمال است.
نتایج ما با ترکیب چندین خط شواهد از مشاهدات ، تئوری و مدل های آب و هوا ، به نقش اساسی "کمربندهای نوار نقاله" اقیانوسی جهانی و کوههای بزرگ در نیمکره شمالی اشاره دارد.
ما همچنین نشان می دهیم که با گذشت زمان ، طوفان در نیمکره جنوبی شدیدتر شد ، در حالی که کسانی که در نیمکره شمالی نبودند. این با مدل سازی مدل آب و هوا از گرم شدن کره زمین سازگار است.
این تغییرات اهمیت دارد زیرا می دانیم که طوفان های قوی تر می توانند منجر به تأثیرات شدیدتر مانند وزش باد شدید ، درجه حرارت و بارندگی شوند.
برای مدت طولانی ، بیشتر مشاهدات آب و هوا روی زمین از زمین ساخته شده است. این امر به دانشمندان تصویر روشنی از طوفان در نیمکره شمالی داد. با این حال ، در نیمکره جنوبی ، که حدود 20 درصد از زمین را در بر می گیرد ، ما تا زمانی که مشاهدات ماهواره ای در اواخر دهه 1970 در دسترس قرار نگرفت ، از طوفان ها تصویر روشنی نگرفتیم.
از دهه ها مشاهده از ابتدای دوران ماهواره ، می دانیم که طوفان ها در نیمکره جنوبی حدود 24 درصد قوی تر از آنچه در نیمکره شمالی است ، قوی تر است.
این در نقشه زیر نشان داده شده است ، که نشان می دهد شدت طوفان سالانه مشاهده شده برای نیمکره جنوبی (بالا) ، نیمکره شمالی (مرکز) و تفاوت بین آنها (پایین) از سال 1980 تا 2018 است. (توجه داشته باشید که قطب جنوبی در بالای مقایسه بین نقشه های اول و آخر است).
این نقشه شدت زیاد طوفان ها در اقیانوس جنوبی در نیمکره جنوبی و غلظت آنها در اقیانوس آرام و اقیانوس اطلس (سایه دار نارنجی) در نیمکره شمالی را نشان می دهد. نقشه تفاوت نشان می دهد که طوفان ها در نیمکره جنوبی نسبت به نیمکره شمالی (سایه نارنجی) در اکثر عرض ها قوی تر هستند.
اگرچه تئوری های مختلفی وجود دارد ، اما هیچ کس توضیحی قطعی برای تفاوت طوفان ها بین دو نیمکره ارائه نمی دهد.
به نظر می رسد پیدا کردن دلایل کار دشواری است. چگونه می توان چنین سیستم پیچیده ای را درک کرد که هزاران کیلومتر مانند جو وجود دارد؟ ما نمی توانیم زمین را در یک شیشه قرار دهیم 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 هوا استفاده می کنیم.
مشهورترین نمونه این رویکرد ، کار پیشگام دکتر شورو مانبه است که جایزه نوبل 2021 را در فیزیک دریافت کرد "به دلیل پیش بینی قابل اعتماد وی در مورد گرم شدن کره زمین". پیش بینی های آن مبتنی بر مدل های فیزیکی آب و هوای زمین است که از ساده ترین مدل های دمای یک بعدی گرفته تا مدلهای سه بعدی تمام عیار است. این پاسخ به آب و هوا به افزایش سطح دی اکسید کربن در جو از طریق مدلهایی با پیچیدگی فیزیکی متفاوت و مانیتورهای در حال ظهور از پدیده های اساسی فیزیکی را مورد مطالعه قرار می دهد.
برای درک طوفان های بیشتر در نیمکره جنوبی ، ما چندین خط شواهد از جمله داده های مدل های آب و هوایی مبتنی بر فیزیک جمع آوری کرده ایم. در مرحله اول ، ما مشاهدات را از نظر نحوه توزیع انرژی در سراسر زمین مطالعه می کنیم.
از آنجا که زمین یک کره است ، سطح آن تابش خورشیدی را به طور ناموزون از خورشید دریافت می کند. بیشتر انرژی در استوا دریافت و جذب می شود ، جایی که پرتوهای خورشید مستقیماً به سطح می رسد. در مقابل ، قطب هایی که نور در زاویه های شیب دار برخورد می کنند ، انرژی کمتری دریافت می کنند.
دهه های تحقیق نشان داده است که قدرت طوفان ناشی از این تفاوت در انرژی است. در اصل ، آنها انرژی "استاتیک" ذخیره شده در این تفاوت را به انرژی "جنبشی" حرکت تبدیل می کنند. این انتقال از طریق فرآیند معروف به "بی ثباتی باروکلینیک" انجام می شود.
این دیدگاه نشان می دهد که نور خورشید حادثه نمی تواند تعداد بیشتری از طوفان ها را در نیمکره جنوبی توضیح دهد ، زیرا هر دو نیمکره همان میزان نور خورشید را دریافت می کنند. در عوض ، تجزیه و تحلیل مشاهده ای ما نشان می دهد که تفاوت در شدت طوفان بین جنوب و شمال می تواند ناشی از دو عامل مختلف باشد.
اول ، حمل و نقل انرژی اقیانوس ، که اغلب از آن به عنوان "کمربند نقاله" یاد می شود. غرق شدن آب در نزدیکی قطب شمالی ، در امتداد کف اقیانوس ، در اطراف قطب جنوب بالا می رود و به سمت شمال در امتداد استوا جریان می یابد و با آن انرژی می بخشد. نتیجه نهایی انتقال انرژی از قطب جنوب به قطب شمال است. این یک تضاد انرژی بیشتری بین استوا و قطب های نیمکره جنوبی نسبت به نیمکره شمالی ایجاد می کند و در نتیجه طوفان های شدیدتر در نیمکره جنوبی ایجاد می شود.
عامل دوم کوههای بزرگ در نیمکره شمالی است که همانطور که از کارهای قبلی مانابه پیشنهاد می کرد ، طوفان ها را کاهش می دهد. جریان های هوا در محدوده کوههای بزرگ ، اوج و کمترین میزان 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 دلایل را تأیید کند ، زیرا عوامل زیادی به طور همزمان کار می کنند و تعامل دارند. همچنین ، ما نمی توانیم دلایل فردی را برای آزمایش اهمیت آنها حذف کنیم.
برای انجام این کار ، ما باید از مدل های آب و هوایی استفاده کنیم تا چگونگی تغییر طوفان ها هنگام حذف عوامل مختلف را بررسی کنیم.
هنگامی که ما کوه های زمین را در شبیه سازی صاف کردیم ، تفاوت در شدت طوفان بین نیمکره ها نصف شد. وقتی کمربند نقاله اقیانوس را برداشتیم ، نیمی دیگر از اختلاف طوفان از بین رفت. بنابراین ، برای اولین بار ، ما توضیحات مشخصی را برای طوفان در نیمکره جنوبی کشف می کنیم.
از آنجا که طوفان ها با تأثیرات اجتماعی شدید مانند وزش باد شدید ، دما و بارش همراه است ، سؤال مهمی که باید به آن پاسخ دهیم این است که آیا طوفان های آینده قوی تر یا ضعیف تر خواهند بود.
خلاصه ای از کلیه مقالات و مقالات کلیدی را از طریق ایمیل به طور خلاصه دریافت کنید. اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما را در اینجا کسب کنید.
خلاصه ای از کلیه مقالات و مقالات کلیدی را از طریق ایمیل به طور خلاصه دریافت کنید. اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما را در اینجا کسب کنید.
یک ابزار اصلی در تهیه جوامع برای مقابله با تأثیر تغییرات آب و هوا ، ارائه پیش بینی ها بر اساس مدل های آب و هوایی است. یک مطالعه جدید نشان می دهد که میانگین طوفان های نیمکره جنوبی نسبت به پایان قرن شدیدتر می شوند.
در مقابل ، پیش بینی می شود تغییرات در شدت متوسط ​​سالانه طوفان ها در نیمکره شمالی متوسط ​​باشد. این تا حدودی ناشی از اثرات فصلی رقابت بین گرم شدن در مناطق استوایی است که باعث می شود طوفان ها قوی تر و گرم شدن سریع در قطب شمال باشد و همین امر باعث ضعیف تر شدن آنها می شود.
با این حال ، آب و هوا در اینجا و اکنون در حال تغییر است. وقتی در طی چند دهه گذشته به تغییرات نگاه می کنیم ، می فهمیم که طوفان های متوسط ​​در طول سال در نیمکره جنوبی شدیدتر شده اند ، در حالی که تغییرات در نیمکره شمالی ناچیز بوده است ، مطابق با پیش بینی های مدل آب و هوا در مدت مشابه.
اگرچه مدل ها سیگنال را دست کم می گیرند ، اما آنها نشان دهنده تغییراتی هستند که به دلایل جسمی یکسان رخ می دهند. یعنی تغییرات در اقیانوس طوفان ها را افزایش می دهد زیرا آب گرمتر به سمت استوا حرکت می کند و آب سردتر برای جایگزینی آن به سطح اطراف قطب جنوب آورده می شود و در نتیجه تضاد قوی تری بین استوا و قطب ها ایجاد می شود.
در نیمکره شمالی ، تغییرات اقیانوس با از بین رفتن یخ دریا و برف جبران می شود و باعث می شود قطب شمال نور بیشتر خورشید را جذب کند و تضاد بین استوا و قطب ها را تضعیف کند.
سهام دریافت جواب درست زیاد است. برای کار آینده مهم خواهد بود که چرا مدل ها سیگنال مشاهده شده را دست کم می گیرند ، اما دریافت پاسخ صحیح به دلایل فیزیکی مناسب به همان اندازه مهم خواهد بود.
شیائو ، T. و همکاران. (2022) طوفان در نیمکره جنوبی به دلیل شکل های زمینی و گردش اقیانوس ، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده آمریکا ، doi: 10.1073/pnas.2123512119
خلاصه ای از کلیه مقالات و مقالات کلیدی را از طریق ایمیل به طور خلاصه دریافت کنید. اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما را در اینجا کسب کنید.
خلاصه ای از کلیه مقالات و مقالات کلیدی را از طریق ایمیل به طور خلاصه دریافت کنید. اطلاعات بیشتر در مورد خبرنامه ما را در اینجا کسب کنید.
منتشر شده تحت مجوز CC. شما می توانید مواد بدون تنظیم را به طور کامل برای استفاده غیر تجاری با پیوند به مختصر کربن و پیوندی به مقاله بازتولید کنید. لطفا برای استفاده تجاری با ما تماس بگیرید.