Profesora Tiffany Shaw, Profesor, Departamento de Geociencias, Universidad de Chicago
El hemisferio sur es un lugar muy turbulento. Los vientos en varias latitudes se han descrito como "cuarenta grados", "cincuenta grados furiosos" y "gritos sesenta grados". Las olas alcanzan una friolera de 78 pies (24 metros).
Como todos sabemos, nada en el hemisferio norte puede igualar las tormentas severas, el viento y las olas en el hemisferio sur. ¿Por qué?
En un nuevo estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, mis colegas y yo descubrimos por qué las tormentas son más comunes en el hemisferio sur que en el norte.
Combinando varias líneas de evidencia a partir de observaciones, teoría y modelos climáticos, nuestros resultados apuntan al papel fundamental de las "cintas transportadoras" globales y las grandes montañas en el hemisferio norte.
También mostramos que, con el tiempo, las tormentas en el hemisferio sur se volvieron más intensos, mientras que las del hemisferio norte no lo hicieron. Esto es consistente con el modelado del modelo climático del calentamiento global.
Estos cambios importan porque sabemos que las tormentas más fuertes pueden conducir a impactos más severos, como vientos extremos, temperaturas y lluvias.
Durante mucho tiempo, la mayoría de las observaciones del clima en la tierra estaban hechas de tierra. Esto dio a los científicos una imagen clara de la tormenta en el hemisferio norte. Sin embargo, en el hemisferio sur, que cubre alrededor del 20 por ciento de la tierra, no obtuvimos una imagen clara de tormentas hasta que las observaciones satelitales estuvieron disponibles a fines de la década de 1970.
Desde décadas de observación desde el comienzo de la era del satélite, sabemos que las tormentas en el hemisferio sur son aproximadamente un 24 por ciento más fuertes que las del hemisferio norte.
Esto se muestra en el mapa a continuación, que muestra la intensidad promedio de tormenta promedio observada para el hemisferio sur (arriba), el hemisferio norte (centro) y la diferencia entre ellos (abajo) de 1980 a 2018. (Tenga en cuenta que el polo sur está en la parte superior de la comparación entre los primeros y los últimos mapas).
El mapa muestra la intensidad persistentemente alta de tormentas en el Océano Austral en el hemisferio sur y su concentración en los océanos Pacífico y Atlántico (sombreados en naranja) en el hemisferio norte. El mapa de diferencia muestra que las tormentas son más fuertes en el hemisferio sur que en el hemisferio norte (sombreado de naranja) en la mayoría de las latitudes.
Aunque hay muchas teorías diferentes, nadie ofrece una explicación definitiva de la diferencia en las tormentas entre los dos hemisferios.
Descubrir las razones parece ser una tarea difícil. ¿Cómo entender un sistema tan complejo que abarca miles de kilómetros como la atmósfera? No podemos poner la tierra en un frasco y estudiarla. Sin embargo, esto es precisamente lo que están haciendo los científicos que estudian la física del clima. Aplicamos las leyes de la física y las usamos para comprender la atmósfera y el clima de la Tierra.
El ejemplo más famoso de este enfoque es el trabajo pionero del Dr. Shuro Manabe, quien recibió el Premio Nobel de Física 2021 por su predicción confiable del calentamiento global ". Sus predicciones se basan en modelos físicos del clima de la Tierra, que van desde los modelos de temperatura unidimensionales más simples hasta modelos tridimensionales de pleno derecho. Estudia la respuesta del clima a los niveles crecientes de dióxido de carbono en la atmósfera a través de modelos de complejidad física variable y monitores de señales emergentes de fenómenos físicos subyacentes.
Para comprender más tormentas en el hemisferio sur, hemos recopilado varias líneas de evidencia, incluidos los datos de los modelos climáticos basados ​​en la física. En el primer paso, estudiamos observaciones en términos de cómo se distribuye la energía en la Tierra.
Como la Tierra es una esfera, su superficie recibe radiación solar de manera desigual del Sol. La mayor parte de la energía se recibe y absorbe en el ecuador, donde los rayos del sol golpean la superficie más directamente. En contraste, los postes que la luz golpea en ángulo empinado reciben menos energía.
Décadas de investigación han demostrado que la fuerza de una tormenta proviene de esta diferencia en la energía. Esencialmente, convierten la energía "estática" almacenada en esta diferencia en energía de movimiento "cinética". Esta transición ocurre a través de un proceso conocido como "inestabilidad baroclínica".
Esta opinión sugiere que la luz solar incidente no puede explicar la mayor cantidad de tormentas en el hemisferio sur, ya que ambos hemisferios reciben la misma cantidad de luz solar. En cambio, nuestro análisis de observación sugiere que la diferencia en la intensidad de la tormenta entre el sur y el norte podría deberse a dos factores diferentes.
Primero, el transporte de energía oceánica, a menudo conocida como la "cinta transportadora". El agua se hunde cerca del Polo Norte, fluye a lo largo del fondo del océano, se eleva alrededor de la Antártida y fluye hacia el norte a lo largo del ecuador, llevando energía con él. El resultado final es la transferencia de energía desde la Antártida al Polo Norte. Esto crea un mayor contraste de energía entre el ecuador y los polos en el hemisferio sur que en el hemisferio norte, lo que resulta en tormentas más severas en el hemisferio sur.
El segundo factor son las grandes montañas en el hemisferio norte, que, como sugirió el trabajo anterior de Manabe, amortigua las tormentas. Las corrientes de aire sobre grandes cadenas montañosas crean altibajos fijos que reducen la cantidad de energía disponible para las tormentas.
Sin embargo, el análisis de los datos observados por sí solos no puede confirmar estas causas, porque demasiados factores funcionan e interactúan simultáneamente. Además, no podemos excluir las causas individuales para probar su importancia.
Para hacer esto, necesitamos usar modelos climáticos para estudiar cómo cambian las tormentas cuando se eliminan diferentes factores.
Cuando suavizamos las montañas de la Tierra en la simulación, la diferencia en la intensidad de la tormenta entre los hemisferios se redujo a la mitad. Cuando retiramos la cinta transportadora del océano, la otra mitad de la diferencia de tormenta había desaparecido. Por lo tanto, por primera vez, descubrimos una explicación concreta de las tormentas en el hemisferio sur.
Dado que las tormentas están asociadas con graves impactos sociales, como vientos extremos, temperaturas y precipitación, la pregunta importante que debemos responder es si las tormentas futuras serán más fuertes o más débiles.
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Una herramienta clave para preparar sociedades para hacer frente a los efectos del cambio climático es la provisión de pronósticos basados ​​en modelos climáticos. Un nuevo estudio sugiere que las tormentas promedio del hemisferio sur se volverán más intensos hacia fines de siglo.
Por el contrario, se predice que los cambios en la intensidad anual promedio de las tormentas en el hemisferio norte son moderados. Esto se debe en parte a los efectos estacionales competitivos entre el calentamiento en los trópicos, lo que hace que las tormentas sean más fuertes, y un calentamiento rápido en el Ártico, lo que los hace más débiles.
Sin embargo, el clima aquí y ahora está cambiando. Cuando observamos los cambios en las últimas décadas, encontramos que las tormentas promedio se han vuelto más intensas en el transcurso del año en el hemisferio sur, mientras que los cambios en el hemisferio norte han sido insignificantes, consistentes con las predicciones del modelo climático durante el mismo período.
Aunque los modelos subestiman la señal, indican cambios que ocurren por las mismas razones físicas. Es decir, los cambios en el océano aumentan las tormentas porque el agua más cálida se mueve hacia el ecuador y el agua más fría se lleva a la superficie alrededor de la Antártida para reemplazarla, lo que resulta en un contraste más fuerte entre el ecuador y los polos.
En el hemisferio norte, los cambios en el océano se compensan con la pérdida de hielo marino y nieve, lo que hace que el Ártico absorba más luz solar y debilite el contraste entre el ecuador y los polos.
Las apuestas de obtener la respuesta correcta son altas. Será importante para el trabajo futuro determinar por qué los modelos subestiman la señal observada, pero será igualmente importante obtener la respuesta correcta por las razones físicas correctas.
Xiao, T. et al. (2022) Tormentas en el hemisferio sur debido a las formas gemelas y la circulación oceánica, Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, DOI: 10.1073/PNAS.2123512119
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