Professor Tiffany Shaw, professor do Departamento de Geociências, Universidade de Chicago
O Hemisfério Sul é um lugar muito turbulento. Os ventos em várias latitudes foram descritos como "rugidos a quarenta graus", "furiosos cinquenta graus" e "gritando sessenta graus". As ondas atingem um enorme (24 metros).
Como todos sabemos, nada no hemisfério norte pode combinar com severas tempestades, vento e ondas no hemisfério sul. Por que?
Em um novo estudo publicado no processo da Academia Nacional de Ciências, meus colegas e eu descobri 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 dos “cintos transportadores” oceânicos globais e grandes montanhas no hemisfério norte.
Também mostramos que, com o tempo, tempestades no hemisfério sul se tornaram mais intensas, enquanto as do Hemisfério Norte não. Isso é consistente com a modelagem de modelos climáticos do aquecimento global.
Essas mudanças são importantes porque sabemos que tempestades mais fortes podem levar a impactos mais graves, como ventos extremos, temperaturas e chuvas.
Por um longo tempo, a maioria das observações do clima na Terra foi feita de 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 tivemos uma imagem clara das tempestades até que as observações de satélite ficaram disponíveis no final da década de 1970.
A partir de décadas de observação desde o início da era dos satélites, sabemos que 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 da tempestade observada para o hemisfério sul (em cima), o hemisfério norte (centro) e a diferença entre eles (inferior) de 1980 a 2018. (Observe que o Pólo Sul está no topo da comparação entre os primeiros e os últimos mapas.)
O mapa mostra a intensidade persistentemente alta das tempestades no Oceano Antártico no hemisfério sul e sua concentração nos oceanos do Pacífico e Atlântico (sombreados 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 de laranja) na maioria das latitudes.
Embora existam muitas teorias diferentes, ninguém oferece uma explicação definitiva para a diferença de tempestades entre os dois hemisférios.
Descobrir os motivos parece ser uma tarefa difícil. Como entender um sistema tão complexo que abrange 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 2021 em física "por sua previsão confiável do aquecimento global". Suas previsões são baseadas em modelos físicos do clima da Terra, variando dos modelos de temperatura unidimensional mais simples a modelos tridimensionais de pleno direito. Ele estuda a resposta do clima ao aumento dos níveis de dióxido de carbono na atmosfera através de modelos de complexidade física variável e monitores emergentes de sinais de fenômenos físicos subjacentes.
Para entender mais tempestades no hemisfério sul, coletamos várias linhas de evidência, incluindo dados de modelos climáticos baseados em física. Na primeira etapa, estudamos observações em termos de como a energia é distribuída em toda a 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 do sol atingem a superfície mais diretamente. Por outro lado, os pólos que a luz acertam em ângulos íngremes 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 através 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 da energia oceânica, muitas vezes chamado de "correia transportadora". A água afunda perto do Pólo Norte, flui ao longo do fundo do oceano, sobe em torno da Antártica e flui para o norte ao longo do equador, carregando energia com ele. O resultado final é a transferência de energia da Antártica 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 graves no hemisfério sul.
O segundo fator são as grandes montanhas no hemisfério norte, que, como sugeriram o trabalho anterior de Manabe, diminuem as tempestades. As correntes de ar sobre grandes cadeias de montanhas criam altos e baixos fixos que reduzem a quantidade de energia disponível para tempestades.
No entanto, a análise dos dados observados sozinha não pode confirmar essas causas, porque muitos fatores operam e interagem simultaneamente. Além disso, não podemos excluir causas individuais para testar seu significado.
Para fazer isso, precisamos usar os 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 foi reduzida pela metade. Quando removemos a correia transportadora do oceano, a outra metade da diferença de tempestade desapareceu. Assim, pela primeira vez, descobrimos uma explicação concreta para tempestades no hemisfério sul.
Como 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 -chave na preparação das sociedades para lidar com os efeitos das mudanças climáticas é o fornecimento de previsões com base nos modelos climáticos. Um novo estudo sugere que tempestades médias do hemisfério sul se tornarão mais intensas no final do século.
Pelo contrário, prevê -se que as mudanças na intensidade média anual de tempestades no hemisfério norte sejam moderadas. Isso se deve em parte aos efeitos sazonais concorrentes entre o aquecimento nos trópicos, o que torna as tempestades mais fortes e o rápido aquecimento no Ártico, o que os torna mais fracos.
No entanto, o clima aqui e agora está mudando. Quando analisamos as mudanças nas últimas décadas, descobrimos que tempestades médias se tornaram mais intensas ao longo do ano no hemisfério sul, enquanto as mudanças no hemisfério norte têm sido insignificantes, consistentes com as previsões do modelo climático no mesmo período.
Embora os modelos subestimem o sinal, eles indicam mudanças que ocorrem pelas mesmas razões físicas. Ou seja, as mudanças nas tempestades do oceano aumentam porque a água mais quente se move em direção ao equador e a água mais fria é trazida para a 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 no oceano são compensadas pela perda de gelo e neve do mar, 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 o trabalho futuro determinar por que os modelos subestimam o sinal observado, mas será igualmente importante obter a resposta certa pelas razões físicas certas.
Xiao, T. et al. (2022) Tempestades no hemisfério sul devido a formas de relevo e circulação oceânica, Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América, doi: 10.1073/pnas.2123512119
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