Professori Tiffany Shaw, professori, geotieteiden laitos, Chicagon yliopisto
Eteläinen pallonpuolisko on hyvin myrskyisä paikka. Eri leveysasteilla tuulia on kuvailtu "neljänkymmenen asteen pauhuiksi", "vihollisiksi viideksikymmeneksi asteeksi" ja "kuudenkymmenen asteen huutoiksi". Aallot saavuttavat jopa 24 metrin korkeuden.
Kuten me kaikki tiedämme, mikään pohjoisella pallonpuoliskolla ei vedä vertoja eteläisen pallonpuoliskon ankarille myrskyille, tuulille ja aalloille. Miksi?
Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä julkaistussa uudessa tutkimuksessa kollegani ja minä paljastamme, miksi myrskyt ovat yleisempiä eteläisellä pallonpuoliskolla kuin pohjoisella.
Yhdistämällä useita havainnoista, teoriasta ja ilmastomalleista saatuja todisteita tuloksemme viittaavat globaalien valtamerien "kuljetinhihnojen" ja pohjoisen pallonpuoliskon suurten vuorten perustavanlaatuiseen rooliin.
Osoitamme myös, että ajan myötä myrskyt eteläisellä pallonpuoliskolla voimistuivat, kun taas pohjoisella pallonpuoliskolla ne eivät voimistuneet. Tämä on yhdenmukaista ilmaston lämpenemistä kuvaavien ilmastomallien kanssa.
Näillä muutoksilla on merkitystä, koska tiedämme, että voimakkaammat myrskyt voivat johtaa vakavampiin vaikutuksiin, kuten äärimmäisiin tuuliin, lämpötiloihin ja sateisiin.
Pitkään useimmat maapallon säähavainnot tehtiin maalta käsin. Tämä antoi tiedemiehille selkeän kuvan pohjoisen pallonpuoliskon myrskyistä. Eteläisellä pallonpuoliskolla, joka peittää noin 20 prosenttia maapinta-alasta, emme kuitenkaan saaneet selkeää kuvaa myrskyistä ennen kuin satelliittihavainnot tulivat saataville 1970-luvun lopulla.
Satelliittiaikakauden alusta lähtien tehtyjen vuosikymmenten havaintojen perusteella tiedämme, että eteläisen pallonpuoliskon myrskyt ovat noin 24 prosenttia voimakkaampia kuin pohjoisen pallonpuoliskon myrskyt.
Tämä näkyy alla olevassa kartassa, joka näyttää havaitun keskimääräisen vuotuisen myrskyintensiteetin eteläisellä pallonpuoliskolla (ylhäällä), pohjoisella pallonpuoliskolla (keskellä) ja niiden välisen eron (alhaalla) vuosina 1980–2018. (Huomaa, että etelänapa on ensimmäisen ja viimeisen kartan vertailussa yläosassa.)
Kartta näyttää myrskyjen jatkuvasti voimakkaan intensiteetin Eteläisellä jäämerellä eteläisellä pallonpuoliskolla ja niiden keskittymän Tyynellämerellä ja Atlantin valtamerellä (oranssi varjostus) pohjoisella pallonpuoliskolla. Erokartta osoittaa, että myrskyt ovat voimakkaampia eteläisellä pallonpuoliskolla kuin pohjoisella pallonpuoliskolla (oranssi varjostus) useimmilla leveysasteilla.
Vaikka on olemassa monia erilaisia ​​teorioita, kukaan ei tarjoa lopullista selitystä myrskyjen eroille kahden pallonpuoliskon välillä.
Syiden selvittäminen näyttää olevan vaikea tehtävä. Miten ymmärtää niin monimutkaista, tuhansien kilometrien mittaista järjestelmää kuin ilmakehä? Emme voi laittaa Maata purkkiin ja tutkia sitä. Juuri tätä ilmastofysiikkaa tutkivat tiedemiehet kuitenkin tekevät. Sovellamme fysiikan lakeja ja käytämme niitä ymmärtääksemme Maan ilmakehää ja ilmastoa.
Tunnetuin esimerkki tästä lähestymistavasta on tohtori Shuro Manaben uraauurtava työ, joka sai vuoden 2021 fysiikan Nobel-palkinnon "luotettavasta ilmaston lämpenemisen ennustamisesta". Sen ennusteet perustuvat maapallon ilmaston fysikaalisiin malleihin, jotka vaihtelevat yksinkertaisimmista yksiulotteisista lämpötilamalleista täysimittaisiin kolmiulotteisiin malleihin. Se tutkii ilmaston reaktiota ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden nousuun eri fysikaalisten ilmiöiden avulla ja seuraa taustalla olevista fysikaalisista ilmiöistä tulevia signaaleja.
Ymmärtääksemme paremmin eteläisen pallonpuoliskon myrskyjä olemme keränneet useita todisteita, mukaan lukien tietoja fysiikkaan perustuvista ilmastomalleista. Ensimmäisessä vaiheessa tutkimme havaintoja energian jakautumisesta maapallolla.
Koska Maa on pallo, sen pinta vastaanottaa auringonsäteilyä epätasaisesti. Suurin osa energiasta vastaanotetaan ja absorboituu päiväntasaajalla, jossa auringonsäteet osuvat pintaan suoremmin. Sitä vastoin navat, joihin valo osuu jyrkässä kulmassa, saavat vähemmän energiaa.
Vuosikymmenten tutkimus on osoittanut, että myrskyn voimakkuus tulee tästä energiaerosta. Pohjimmiltaan ne muuntavat tähän eroon varastoitunutta "staattista" energiaa "kineettiseksi" liike-energiaksi. Tämä siirtymä tapahtuu prosessissa, joka tunnetaan nimellä "barokliininen epävakaus".
Tämä näkemys viittaa siihen, että tuleva auringonvalo ei voi selittää eteläisen pallonpuoliskon myrskyjen suurempaa määrää, koska molemmat pallonpuoliskot saavat saman määrän auringonvaloa. Sen sijaan havaintoanalyysimme viittaa siihen, että myrskyjen voimakkuuden ero etelän ja pohjoisen välillä voi johtua kahdesta eri tekijästä.
Ensinnäkin valtamerienergian kulkeutuminen, jota usein kutsutaan "kuljetinhihnaksi". Vesi laskee pohjoisnapaa pitkin, virtaa merenpohjaa pitkin, nousee Etelämantereen ympäri ja virtaa takaisin pohjoiseen päiväntasaajaa pitkin kuljettaen energiaa mukanaan. Lopputuloksena on energian siirtyminen Etelämantereelta pohjoisnavalle. Tämä luo suuremman energiakontrastin päiväntasaajan ja napojen välille eteläisellä pallonpuoliskolla kuin pohjoisella pallonpuoliskolla, mikä johtaa voimakkaampiin myrskyihin eteläisellä pallonpuoliskolla.
Toinen tekijä on pohjoisen pallonpuoliskon suuret vuoret, jotka, kuten Manaben aiempi työ ehdotti, vaimentavat myrskyjä. Suurten vuoristojen yli kulkevat ilmavirrat luovat kiinteitä korkeita ja matalia lämpötiloja, jotka vähentävät myrskyjen käytettävissä olevan energian määrää.
Pelkkä havaittujen tietojen analysointi ei kuitenkaan voi vahvistaa näitä syitä, koska liian monet tekijät vaikuttavat ja ovat vuorovaikutuksessa samanaikaisesti. Emme myöskään voi sulkea pois yksittäisiä syitä testataksemme niiden merkitystä.
Tätä varten meidän on käytettävä ilmastomalleja tutkiaksemme, miten myrskyt muuttuvat, kun eri tekijät poistetaan.
Kun simulaatiossa tasoitettiin maapallon vuoria, myrskyjen voimakkuuden ero eri pallonpuoliskoilla puolittui. Kun poistimme valtameren hihnakuljettimen, toinen puoli myrskyjen voimakkuuden erosta katosi. Näin ollen löydämme ensimmäistä kertaa konkreettisen selityksen eteläisen pallonpuoliskon myrskyille.
Koska myrskyihin liittyy vakavia sosiaalisia vaikutuksia, kuten äärimmäisiä tuulia, lämpötiloja ja sateita, tärkeä kysymys, johon meidän on vastattava, on, ovatko tulevat myrskyt voimakkaampia vai heikompia.
Saat sähköpostitse kuratoituja tiivistelmiä kaikista Carbon Briefin tärkeimmistä artikkeleista ja julkaisuista. Lue lisää uutiskirjeestämme täältä.
Saat sähköpostitse kuratoituja tiivistelmiä kaikista Carbon Briefin tärkeimmistä artikkeleista ja julkaisuista. Lue lisää uutiskirjeestämme täältä.
Keskeinen työkalu yhteiskuntien valmistautumisessa ilmastonmuutoksen vaikutuksiin selviytymiseen on ilmastomalleihin perustuvien ennusteiden tarjoaminen. Uuden tutkimuksen mukaan eteläisen pallonpuoliskon keskimääräiset myrskyt voimistuvat vuosisadan loppua kohden.
Päinvastoin, pohjoisen pallonpuoliskon myrskyjen keskimääräisen vuotuisen voimakkuuden muutosten ennustetaan olevan maltillisia. Tämä johtuu osittain kilpailevista kausittaisista vaikutuksista trooppisen alueen lämpenemisen, joka tekee myrskyistä voimakkaampia, ja arktisen alueen nopean lämpenemisen, joka tekee niistä heikompia.
Ilmasto kuitenkin muuttuu tässä ja nyt. Kun tarkastelemme muutoksia viime vuosikymmeninä, havaitsemme, että keskimääräiset myrskyt ovat voimistuneet vuoden aikana eteläisellä pallonpuoliskolla, kun taas pohjoisella pallonpuoliskolla muutokset ovat olleet merkityksettömiä, mikä on yhdenmukaista ilmastomallien ennusteiden kanssa samalta ajanjaksolta.
Vaikka mallit aliarvioivat signaalin, ne osoittavat muutosten tapahtuvan samoista fysikaalisista syistä. Toisin sanoen muutokset valtameressä lisäävät myrskyjä, koska lämpimämpi vesi liikkuu kohti päiväntasaajaa ja kylmempää vettä tuodaan pintaan Etelämantereen ympärillä korvaamaan sitä, mikä johtaa voimakkaampaan kontrastiin päiväntasaajan ja napojen välillä.
Pohjoisella pallonpuoliskolla valtamerten muutoksia tasapainottaa merijään ja lumen väheneminen, minkä seurauksena arktinen alue imee itseensä enemmän auringonvaloa ja heikentää päiväntasaajan ja napojen välistä kontrastia.
Oikean vastauksen saaminen on erittäin tärkeää. Tulevan työn kannalta on tärkeää selvittää, miksi mallit aliarvioivat havaittua signaalia, mutta yhtä tärkeää on saada oikea vastaus oikeista fysikaalisista syistä.
Xiao, T. ym. (2022) Eteläisen pallonpuoliskon myrskyt, jotka johtuvat pinnanmuodoista ja meren virtauksesta, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Saat sähköpostitse kuratoituja tiivistelmiä kaikista Carbon Briefin tärkeimmistä artikkeleista ja julkaisuista. Lue lisää uutiskirjeestämme täältä.
Saat sähköpostitse kuratoituja tiivistelmiä kaikista Carbon Briefin tärkeimmistä artikkeleista ja julkaisuista. Lue lisää uutiskirjeestämme täältä.
Julkaistu CC-lisenssillä. Voit kopioida muokkaamattoman materiaalin kokonaisuudessaan ei-kaupalliseen käyttöön linkillä Carbon Briefiin ja linkillä artikkeliin. Ota meihin yhteyttä kaupallisessa käytössä.