Давно известно, что самые сильные штормы бушуют в Южном полушарии. Некоторое время назад, ученые, изучающие спутниковые данные, смогли определить, что Южное полушарие действительно более штормовое, чем Северное, примерно на 24%. Но никто не знал почему так происходит.
Новое исследование предлагает первое объяснение этого явления. Ученые-климатологи нашли две основные причины: глобальную циркуляцию океана и большие горные хребты в Северном полушарии.
Исследование также показало, что асимметрия штормов увеличилась с начала спутниковой эры в 1980-х годах. Они обнаружили, что это увеличение качественно согласуется с прогнозами изменения климата на основе физических моделей.
Долгое время было мало что известно о погоде в Южном полушарии: наблюдения за погодой ведутся в основном с суши, а в Южном полушарии гораздо больше водных пространств, чем в Северном.
Но с появлением спутниковых глобальных наблюдений в 1980-х годах ученые смогли количественно оценить, насколько большой была разница. Южное полушарие отличается более сильными течениями и более интенсивными погодными явлениями.
Однако никто не находил окончательного объяснения такой асимметрии. Теперь исследователи использовали математическую модель климата Земли, построенную на законах физики, чтобы воспроизвести наблюдения. Затем они удаляли разные переменные по одной за раз и количественно оценивали влияние каждой из них на штормовую активность.
Первой переменной, которую они протестировали, была топография. Большие горные хребты нарушают поток воздуха таким образом, что уменьшаются штормы, а в Северном полушарии горных хребтов больше.
Действительно, когда ученые сровняли каждую гору на Земле, исчезла примерно половина разницы в интенсивности штормов между двумя полушариями.
Другая половина была связана с циркуляцией океана. Вода движется по земному шару, как очень медленный, но мощный конвейер: она тонет в Арктике, движется по дну океана, поднимается у Антарктиды и затем течет вверх у поверхности, неся с собой энергию.
Такое движение создает разницу в энергии между двумя полушариями. Когда ученые попытались устранить эту «конвейерную ленту», они увидели, что другая половина разницы в интенсивности штормов исчезла.
Ответив на фундаментальный вопрос о том, почему в Южном полушарии больше штормов, исследователи перешли к изучению того, как изменились штормы с тех пор, как мы смогли их отследить.
Проанализировав наблюдения за последние десятилетия, они обнаружили, что асимметрия штормов увеличилась в течение спутниковой эры, начиная с 1980-х годов. То есть в Южном полушарии штормит еще больше, тогда как в Северном полушарии изменение было незначительным.
Изменения штормового режима в Южном полушарии были связаны с изменениями в океане. Ученые обнаружили, что подобное влияние океана наблюдается и в Северном полушарии, но его эффект нивелируется поглощением солнечного света в Северном полушарии из-за потери морского льда и снега.
Исследователи обнаружили, что модели, используемые для прогнозирования изменения климата в рамках оценочного отчета Межправительственной группы экспертов по изменению климата, показывали те же сигналы — усиление штормов в Южном полушарии и незначительные изменения в Северном — что служит важной независимой проверкой точности этих моделей.
Может показаться удивительным, что такой обманчиво простой вопрос — почему в одном полушарии штормит больше, чем в другом — так долго оставался без точного ответа, но ученые объясняют, что область физики погоды и климата относительно молода по сравнению со многими другими областями науки.
Только в последние несколько десятилетий ученые начали создавать физические модели, управляющие крупномасштабной погодой и климатом.
При этом глубокое понимание физических механизмов, лежащих в основе климата, и его реакции на изменения, вызванные деятельностью человека, такие как изложенные в новом исследовании, имеют решающее значение для прогнозирования и понимания того, что произойдет по мере ускорения изменения климата.
Выводы были опубликованы в журнале PNAS.