Profesora Tiffany Shaw, Profesora, Departamento de Geociencias, Universidad de Chicago
El hemisferio sur es un lugar muy turbulento. Los vientos en diversas latitudes se han descrito como "rugientes de cuarenta grados", "furiosos de cincuenta grados" y "gritantes de sesenta grados". Las olas alcanzan la friolera de 24 metros (78 pies).
Como todos sabemos, nada en el hemisferio norte puede igualar las fuertes tormentas, vientos y olas del 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 provenientes de observaciones, teoría y modelos climáticos, nuestros resultados apuntan al papel fundamental de las “cintas transportadoras” oceánicas globales y las grandes montañas en el hemisferio norte.
También demostramos que, con el tiempo, las tormentas en el hemisferio sur se intensificaron, mientras que las del hemisferio norte no. Esto concuerda con la modelización del calentamiento global mediante modelos climáticos.
Estos cambios son importantes porque sabemos que las tormentas más fuertes pueden generar impactos más severos, como vientos, temperaturas y precipitaciones extremos.
Durante mucho tiempo, la mayoría de las observaciones meteorológicas en la Tierra se realizaban desde tierra. Esto proporcionó a los científicos una imagen clara de las tormentas en el hemisferio norte. Sin embargo, en el hemisferio sur, que abarca aproximadamente el 20 % de la superficie terrestre, no obtuvimos una imagen clara de las tormentas hasta que se dispuso de observaciones satelitales a finales de la década de 1970.
A partir de décadas de observación desde el comienzo de la era de los satélites, 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 anual de tormenta 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 el primer y el último mapa).
El mapa muestra la alta intensidad persistente de las tormentas en el Océano Antártico en el hemisferio sur y su concentración en los océanos Pacífico y Atlántico (sombreados en naranja) en el hemisferio norte. El mapa de diferencias muestra que las tormentas son más intensas en el hemisferio sur que en el hemisferio norte (sombreado en naranja) en la mayoría de las latitudes.
Aunque existen muchas teorías diferentes, ninguna ofrece una explicación definitiva de la diferencia de tormentas entre los dos hemisferios.
Descubrir las razones parece una tarea difícil. ¿Cómo comprender un sistema tan complejo, que abarca miles de kilómetros, como la atmósfera? No podemos meter la Tierra en un frasco y estudiarla. Sin embargo, esto es precisamente lo que hacen 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 en 2021 por su predicción fiable del calentamiento global. Sus predicciones se basan en modelos físicos del clima terrestre, que abarcan desde los modelos unidimensionales de temperatura más sencillos hasta modelos tridimensionales completos. Estudia la respuesta del clima al aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera mediante modelos de diversa complejidad física y monitoriza las señales emergentes de los fenómenos físicos subyacentes.
Para comprender mejor las tormentas en el hemisferio sur, hemos recopilado diversas evidencias, incluyendo datos de modelos climáticos basados ​​en la física. En primer lugar, estudiamos las observaciones en términos de cómo se distribuye la energía en la Tierra.
Dado que la Tierra es esférica, su superficie recibe la radiación solar de forma desigual. La mayor parte de la energía se recibe y absorbe en el ecuador, donde los rayos solares inciden con mayor intensidad. En cambio, los polos, donde la luz incide en ángulos pronunciados, reciben menos energía.
Décadas de investigación han demostrado que la fuerza de una tormenta proviene de esta diferencia de energía. En esencia, convierten la energía estática almacenada en esta diferencia en energía cinética de movimiento. Esta transición ocurre mediante un proceso conocido como inestabilidad baroclínica.
Este punto de vista sugiere que la luz solar incidente no puede explicar el mayor número de tormentas en el hemisferio sur, ya que ambos hemisferios reciben la misma cantidad de luz solar. En cambio, nuestro análisis observacional sugiere que la diferencia en la intensidad de las tormentas entre el sur y el norte podría deberse a dos factores diferentes.
En primer lugar, el transporte de energía oceánica, a menudo denominado "cinta transportadora". El agua desciende cerca del Polo Norte, fluye por el lecho oceánico, asciende alrededor de la Antártida y regresa al norte a lo largo del ecuador, transportando energía. El resultado final es la transferencia de energía desde la Antártida al Polo Norte. Esto crea un mayor contraste energético entre el ecuador y los polos en el hemisferio sur que en el hemisferio norte, lo que provoca tormentas más severas en el hemisferio sur.
El segundo factor son las grandes montañas del hemisferio norte, que, como sugería el trabajo anterior de Manabe, amortiguan las tormentas. Las corrientes de aire sobre grandes cordilleras crean máximos y mínimos fijos que reducen la energía disponible para las tormentas.
Sin embargo, el análisis de los datos observados por sí solo no puede confirmar estas causas, ya que demasiados factores operan e interactúan simultáneamente. Además, no podemos excluir causas individuales para comprobar su importancia.
Para ello, necesitamos utilizar modelos climáticos para estudiar cómo cambian las tormentas cuando se eliminan diferentes factores.
Al suavizar las montañas terrestres en la simulación, la diferencia en la intensidad de las tormentas entre los hemisferios se redujo a la mitad. Al eliminar la cinta transportadora del océano, la otra mitad de la diferencia desapareció. Así, por primera vez, descubrimos una explicación concreta de las tormentas en el hemisferio sur.
Dado que las tormentas están asociadas a graves impactos sociales, como vientos, temperaturas y precipitaciones extremos, 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 a las sociedades para afrontar los efectos del cambio climático es la elaboración de pronósticos basados ​​en modelos climáticos. Un nuevo estudio sugiere que las tormentas promedio en el hemisferio sur se intensificarán hacia finales de siglo.
Por el contrario, se prevé que los cambios en la intensidad media anual de las tormentas en el hemisferio norte sean moderados. Esto se debe en parte a la competencia estacional entre el calentamiento en los trópicos, que intensifica las tormentas, y el rápido calentamiento en el Ártico, que las debilita.
Sin embargo, el clima actual está cambiando. Al observar los cambios de las últimas décadas, observamos que las tormentas promedio se han intensificado a lo largo del año en el hemisferio sur, mientras que los cambios en el hemisferio norte han sido insignificantes, en consonancia con las predicciones de los modelos climáticos para el mismo período.
Aunque los modelos subestiman la señal, indican que los cambios ocurren por las mismas razones físicas. Es decir, los cambios en el océano aumentan las tormentas porque el agua más cálida se desplaza hacia el ecuador y el agua más fría asciende a la superficie alrededor de la Antártida para reemplazarla, lo que resulta en un contraste más intenso entre el ecuador y los polos.
En el hemisferio norte, los cambios oceánicos 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.
Hay mucho en juego para obtener la respuesta correcta. Será importante para trabajos futuros 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 accidentes geográficos y circulación oceánica, Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, doi: 10.1073/pnas.2123512119
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