Professora Tiffany Shaw, professora do Departamento de Geociências da Universidade de Chicago
O hemisfério sul é um lugar muito turbulento.Os ventos em várias latitudes foram descritos como "rugidos de quarenta graus", "furiosos cinquenta graus" e "gritos de sessenta graus".As ondas atingem impressionantes 24 metros.
Como todos sabemos, nada no hemisfério norte se compara às fortes tempestades, ventos e ondas do hemisfério sul.Por que?
Em um novo estudo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences, meus colegas e eu descobrimos por que as tempestades são mais comuns no hemisfério sul do que no norte.
Combinando várias linhas de evidência de observações, teoria e modelos climáticos, nossos resultados apontam para o papel fundamental das “correias transportadoras” oceânicas globais e grandes montanhas no hemisfério norte.
Também mostramos que, ao longo do tempo, as tempestades no hemisfério sul tornaram-se mais intensas, enquanto as do hemisfério norte não.Isso é consistente com a modelagem do modelo climático do aquecimento global.
Essas mudanças são importantes porque sabemos que tempestades mais fortes podem levar a impactos mais severos, como ventos extremos, temperaturas e chuvas.
Durante muito tempo, a maioria das observações do clima na Terra foram feitas em terra.Isso deu aos cientistas uma imagem clara da tempestade no hemisfério norte.No entanto, no Hemisfério Sul, que cobre cerca de 20% da terra, não obtivemos uma imagem clara das tempestades até que as observações de satélite se tornassem disponíveis no final dos anos 1970.
Por décadas de observação desde o início da era dos satélites, sabemos que as tempestades no hemisfério sul são cerca de 24% mais fortes do que as do hemisfério norte.
Isso é mostrado no mapa abaixo, que mostra a intensidade média anual observada da tempestade para o Hemisfério Sul (topo), Hemisfério Norte (centro) e a diferença entre eles (abaixo) de 1980 a 2018. (Observe que o Pólo Sul está em no topo da comparação entre o primeiro e o último mapa.)
O mapa mostra a intensidade persistentemente alta das tempestades no Oceano Antártico no Hemisfério Sul e sua concentração nos Oceanos Pacífico e Atlântico (sombreado em laranja) no Hemisfério Norte.O mapa de diferenças mostra que as tempestades são mais fortes no Hemisfério Sul do que no Hemisfério Norte (sombreamento laranja) na maioria das latitudes.
Embora existam muitas teorias diferentes, nenhuma oferece uma explicação definitiva para a diferença de tempestades entre os dois hemisférios.
Descobrir as razões parece ser uma tarefa difícil.Como entender um sistema tão complexo de milhares de quilômetros como a atmosfera?Não podemos colocar a Terra em uma jarra e estudá-la.No entanto, é exatamente isso que os cientistas que estudam a física do clima estão fazendo.Aplicamos as leis da física e as usamos para entender a atmosfera e o clima da Terra.
O exemplo mais famoso dessa abordagem é o trabalho pioneiro do Dr. Shuro Manabe, que recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2021 “por sua previsão confiável do aquecimento global”.Suas previsões são baseadas em modelos físicos do clima da Terra, variando desde os modelos de temperatura unidimensionais mais simples até modelos tridimensionais completos.Ele estuda a resposta do clima aos níveis crescentes de dióxido de carbono na atmosfera por meio de modelos de complexidade física variável e monitora sinais emergentes de fenômenos físicos subjacentes.
Para entender mais tempestades no Hemisfério Sul, coletamos várias linhas de evidência, incluindo dados de modelos climáticos baseados na física.Na primeira etapa, estudamos as observações em termos de como a energia é distribuída pela Terra.
Como a Terra é uma esfera, sua superfície recebe radiação solar de forma desigual do Sol.A maior parte da energia é recebida e absorvida no equador, onde os raios solares atingem a superfície mais diretamente.Em contraste, os pólos que a luz atinge em ângulos agudos recebem menos energia.
Décadas de pesquisa mostraram que a força de uma tempestade vem dessa diferença de energia.Essencialmente, eles convertem a energia “estática” armazenada nessa diferença em energia “cinética” de movimento.Essa transição ocorre por meio de um processo conhecido como “instabilidade baroclínica”.
Essa visão sugere que a luz solar incidente não pode explicar o maior número de tempestades no Hemisfério Sul, uma vez que ambos os hemisférios recebem a mesma quantidade de luz solar.Em vez disso, nossa análise observacional sugere que a diferença na intensidade da tempestade entre o sul e o norte pode ser devida a dois fatores diferentes.
Primeiro, o transporte de energia oceânica, muitas vezes chamado de “correia transportadora”.A água desce perto do Pólo Norte, flui ao longo do leito oceânico, sobe ao redor da Antártica e flui de volta para o norte ao longo do equador, carregando energia com ela.O resultado final é a transferência de energia da Antártida para o Pólo Norte.Isso cria um maior contraste de energia entre o equador e os pólos no Hemisfério Sul do que no Hemisfério Norte, resultando em tempestades mais severas no Hemisfério Sul.
O segundo fator são as grandes montanhas no hemisfério norte, que, como sugeriu o trabalho anterior de Manabe, amortecem as tempestades.As correntes de ar em grandes cadeias montanhosas criam altos e baixos fixos que reduzem a quantidade de energia disponível para tempestades.
No entanto, a análise dos dados observados por si só não pode confirmar essas causas, porque muitos fatores operam e interagem simultaneamente.Além disso, não podemos excluir causas individuais para testar sua significância.
Para fazer isso, precisamos usar modelos climáticos para estudar como as tempestades mudam quando diferentes fatores são removidos.
Quando suavizamos as montanhas da Terra na simulação, a diferença na intensidade da tempestade entre os hemisférios caiu pela metade.Quando removemos a correia transportadora do oceano, a outra metade da diferença da tempestade havia desaparecido.Assim, pela primeira vez, descobrimos uma explicação concreta para as tempestades no hemisfério sul.
Uma vez que as tempestades estão associadas a impactos sociais graves, como ventos extremos, temperaturas e precipitação, a questão importante que devemos responder é se as tempestades futuras serão mais fortes ou mais fracas.
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Uma ferramenta fundamental na preparação das sociedades para lidar com os efeitos das mudanças climáticas é o fornecimento de previsões baseadas em modelos climáticos.Um novo estudo sugere que as tempestades médias do hemisfério sul se tornarão mais intensas no final do século.
Pelo contrário, prevê-se que as alterações na intensidade média anual das tempestades no Hemisfério Norte sejam moderadas.Isso se deve em parte aos efeitos sazonais competitivos entre o aquecimento nos trópicos, que torna as tempestades mais fortes, e o rápido aquecimento no Ártico, que as torna mais fracas.
No entanto, o clima aqui e agora está mudando.Quando analisamos as mudanças nas últimas décadas, descobrimos que as tempestades médias se tornaram mais intensas ao longo do ano no hemisfério sul, enquanto as mudanças no hemisfério norte foram insignificantes, consistentes com as previsões do modelo climático no mesmo período .
Embora os modelos subestimem o sinal, eles indicam mudanças ocorrendo pelas mesmas razões físicas.Ou seja, as mudanças no oceano aumentam as tempestades porque a água mais quente se move em direção ao equador e a água mais fria é trazida à superfície ao redor da Antártica para substituí-la, resultando em um contraste mais forte entre o equador e os pólos.
No Hemisfério Norte, as mudanças oceânicas são compensadas pela perda de gelo marinho e neve, fazendo com que o Ártico absorva mais luz solar e enfraquecendo o contraste entre o equador e os pólos.
As apostas de obter a resposta certa são altas.Será importante para trabalhos futuros determinar por que os modelos subestimam o sinal observado, mas será igualmente importante obter a resposta correta pelas razões físicas corretas.
Xiao, T. et al.(2022) Tempestades no hemisfério sul devido a formas de relevo e circulação oceânica, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
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