Profesora Tiffany Shaw, Profesora, Departamento de Geociencias, Universidad de Chicago
El hemisferio sur es un lugar muy turbulento.Los vientos en varias latitudes se han descrito como "rugidos cuarenta grados", "furiosos cincuenta grados" y "gritos sesenta grados".Las olas alcanzan la friolera de 78 pies (24 metros).
Como todos sabemos, nada en el hemisferio norte puede igualar las severas tormentas, vientos y olas del hemisferio sur.¿Por qué?
En un nuevo estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, 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 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 mostramos que, con el tiempo, las tormentas en el hemisferio sur se volvieron más intensas, mientras que las del hemisferio norte no lo hicieron.Esto es consistente con el modelado del modelo climático del calentamiento global.
Estos cambios son importantes porque sabemos que las tormentas más fuertes pueden provocar impactos más severos, como vientos extremos, temperaturas y precipitaciones.
Durante mucho tiempo, la mayoría de las observaciones del tiempo en la Tierra se hacían desde 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 las tormentas hasta que las observaciones satelitales estuvieron disponibles a fines 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 de tormenta anual promedio observada para el hemisferio sur (arriba), el hemisferio norte (centro) y la diferencia entre ellos (abajo) desde 1980 hasta 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 intensidad persistentemente alta de las tormentas en el Océano Antártico en el Hemisferio Sur y su concentración en los Océanos Pacífico y Atlántico (sombreado en naranja) en el Hemisferio Norte.El mapa de diferencias muestra que las tormentas son más fuertes en el hemisferio sur que en el hemisferio norte (sombreado 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.
Averiguar las razones parece ser una tarea difícil.¿Cómo entender un sistema tan complejo y de 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 completos.Estudia la respuesta del clima al aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera a través de modelos de diversa complejidad física y monitorea las señales emergentes de los fenómenos físicos subyacentes.
Para comprender más tormentas en el hemisferio sur, hemos recopilado varias líneas de evidencia, incluidos datos de modelos climáticos basados ​​en la física.En el primer paso, estudiamos las observaciones en términos de cómo se distribuye la energía en la Tierra.
Dado que la Tierra es una esfera, su superficie recibe la radiación solar del Sol de manera desigual.La mayor parte de la energía se recibe y absorbe en el ecuador, donde los rayos del sol golpean la superficie más directamente.Por el contrario, los postes que 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.Esencialmente, convierten la energía "estática" almacenada en esta diferencia en energía "cinética" de movimiento.Esta transición ocurre a través de un proceso conocido como “inestabilidad baroclínica”.
Esta visión 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 de observación sugiere que la diferencia en la intensidad de la tormenta entre el sur y el norte podría deberse a dos factores diferentes.
En primer lugar, el transporte de la energía oceánica, a menudo denominada “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 de regreso al norte a lo largo del ecuador, llevando energía consigo.El resultado final es la transferencia de energía desde la Antártida hasta el 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 del hemisferio norte que, como sugería el trabajo anterior de Manabe, amortiguan las tormentas.Las corrientes de aire sobre grandes cadenas montañosas crean altas y bajas fijas que reducen la cantidad de energía disponible para las tormentas.
Sin embargo, el análisis de los datos observados por sí solo no puede confirmar estas causas, porque demasiados factores operan e interactúan simultáneamente.Además, no podemos excluir 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 eliminamos la cinta transportadora del océano, la otra mitad de la diferencia de la tormenta desapareció.Así, por primera vez, descubrimos una explicación concreta para las tormentas en el hemisferio sur.
Dado que las tormentas están asociadas con impactos sociales severos, como vientos extremos, temperaturas y precipitaciones, la pregunta importante que debemos responder es si las futuras tormentas serán más fuertes o más débiles.
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Una herramienta clave en la preparación de las 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 intensas hacia fines de siglo.
Por el contrario, se pronostica que los cambios en la intensidad media anual de las tormentas en el hemisferio norte serán moderados.Esto se debe en parte a los efectos estacionales que compiten entre el calentamiento en los trópicos, que hace que las tormentas sean más fuertes, y el rápido calentamiento en el Ártico, que las 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, de acuerdo 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 sube a la superficie alrededor de la Antártida para reemplazarla, lo que genera un mayor contraste entre el ecuador y los polos.
En el hemisferio norte, los cambios en los océanos 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 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 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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