Giáo sư Tiffany Shaw, Giáo sư, Khoa Địa chất, Đại học Chicago
Nam bán cầu là một nơi rất hỗn loạn. Những cơn gió ở các vĩ độ khác nhau đã được mô tả là tiếng gầm của bốn mươi độ Sóng đạt tới 78 feet (24 mét).
Như chúng ta đã biết, không có gì ở Bắc bán cầu có thể phù hợp với những cơn bão, gió và sóng nghiêm trọng ở Nam bán cầu. Tại sao?
Trong một nghiên cứu mới được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, các đồng nghiệp của tôi và tôi đã khám phá ra lý do tại sao bão phổ biến hơn ở Nam bán cầu so với miền bắc.
Kết hợp một số dòng bằng chứng từ các quan sát, lý thuyết và mô hình khí hậu, kết quả của chúng tôi chỉ ra vai trò cơ bản của băng tải đại dương toàn cầu và những ngọn núi lớn ở Bắc bán cầu.
Chúng tôi cũng cho thấy rằng, theo thời gian, những cơn bão ở Nam bán cầu trở nên dữ dội hơn, trong khi những người ở Bắc bán cầu thì không. Điều này phù hợp với mô hình mô hình khí hậu của sự nóng lên toàn cầu.
Những thay đổi này quan trọng bởi vì chúng ta biết rằng những cơn bão mạnh hơn có thể dẫn đến các tác động nghiêm trọng hơn như gió cực độ, nhiệt độ và lượng mưa.
Trong một thời gian dài, hầu hết các quan sát về thời tiết trên trái đất được làm từ đất liền. Điều này đã cho các nhà khoa học một bức tranh rõ ràng về cơn bão ở Bắc bán cầu. Tuy nhiên, ở Nam bán cầu, nơi chiếm khoảng 20 phần trăm đất đai, chúng tôi đã không nhận được một bức tranh rõ ràng về các cơn bão cho đến khi các quan sát vệ tinh trở nên có sẵn vào cuối những năm 1970.
Từ nhiều thập kỷ quan sát kể từ khi bắt đầu kỷ nguyên vệ tinh, chúng ta biết rằng các cơn bão ở Nam bán cầu mạnh hơn khoảng 24 % so với các cơn bão ở Bắc bán cầu.
Điều này được thể hiện trong bản đồ dưới đây, cho thấy cường độ bão trung bình hàng năm quan sát được đối với Nam bán cầu (trên cùng), Bắc bán cầu (giữa) và sự khác biệt giữa chúng (dưới cùng) từ năm 1980 đến 2018. (Lưu ý rằng cực nam ở đầu so sánh giữa bản đồ đầu tiên và cuối cùng.
Bản đồ cho thấy cường độ cao liên tục của các cơn bão ở Nam Đại Dương ở Nam bán cầu và sự tập trung của chúng ở Thái Bình Dương và Đại Tây Dương (bóng mờ ở cam) ở Bắc bán cầu. Bản đồ khác biệt cho thấy các cơn bão mạnh hơn ở Nam bán cầu so với ở Bắc bán cầu (bóng màu cam) ở hầu hết các vĩ độ.
Mặc dù có nhiều lý thuyết khác nhau, nhưng không ai đưa ra lời giải thích dứt khoát cho sự khác biệt về bão giữa hai bán cầu.
Tìm hiểu lý do dường như là một nhiệm vụ khó khăn. Làm thế nào để hiểu một hệ thống phức tạp như vậy trải dài hàng ngàn km như là bầu không khí? Chúng ta không thể đặt trái đất vào một cái lọ và nghiên cứu nó. Tuy nhiên, đây chính xác là những gì các nhà khoa học nghiên cứu vật lý của khí hậu đang làm. Chúng tôi áp dụng các định luật vật lý và sử dụng chúng để hiểu bầu không khí và khí hậu của Trái đất.
Ví dụ nổi tiếng nhất về phương pháp này là công việc tiên phong của Tiến sĩ Shuro Manabe, người đã nhận được giải thưởng Nobel về vật lý năm 2021 vì dự đoán đáng tin cậy về sự nóng lên toàn cầu của ông. Dự đoán của nó dựa trên các mô hình vật lý về khí hậu của Trái đất, từ các mô hình nhiệt độ một chiều đơn giản nhất đến các mô hình ba chiều đầy đủ. Nó nghiên cứu phản ứng của khí hậu đối với mức độ tăng của carbon dioxide trong khí quyển thông qua các mô hình phức tạp vật lý khác nhau và màn hình tín hiệu nổi lên từ các hiện tượng vật lý tiềm ẩn.
Để hiểu thêm các cơn bão ở Nam bán cầu, chúng tôi đã thu thập một số dòng bằng chứng, bao gồm dữ liệu từ các mô hình khí hậu dựa trên vật lý. Trong bước đầu tiên, chúng tôi nghiên cứu các quan sát về cách năng lượng được phân phối trên trái đất.
Vì trái đất là một hình cầu, bề mặt của nó nhận được bức xạ mặt trời không đều từ mặt trời. Hầu hết năng lượng được nhận và hấp thụ vào đường xích đạo, nơi các tia nắng mặt trời chiếu trực tiếp hơn. Ngược lại, các cực ánh sáng chiếu vào các góc dốc nhận được ít năng lượng hơn.
Nhiều thập kỷ nghiên cứu đã chỉ ra rằng sức mạnh của một cơn bão đến từ sự khác biệt về năng lượng này. Về cơ bản, họ chuyển đổi năng lượng tĩnh của người Viking được lưu trữ trong sự khác biệt này thành năng lượng chuyển động của động học. Sự chuyển đổi này xảy ra thông qua một quá trình được gọi là sự bất ổn của Baroclinic.
Quan điểm này cho thấy rằng ánh sáng mặt trời không thể giải thích số lượng bão lớn hơn ở Nam bán cầu, vì cả hai bán cầu đều nhận được cùng một lượng ánh sáng mặt trời. Thay vào đó, phân tích quan sát của chúng tôi cho thấy rằng sự khác biệt về cường độ bão giữa Nam và Bắc có thể là do hai yếu tố khác nhau.
Đầu tiên, việc vận chuyển năng lượng đại dương, thường được gọi là vành đai băng tải. Nước chìm gần cực bắc, chảy dọc theo đáy đại dương, nổi lên xung quanh Nam Cực và chảy trở lại phía bắc dọc theo đường xích đạo, mang theo năng lượng với nó. Kết quả cuối cùng là chuyển năng lượng từ Nam Cực sang Bắc Cực. Điều này tạo ra một sự tương phản năng lượng lớn hơn giữa đường xích đạo và các cực ở Nam bán cầu so với bán cầu bắc, dẫn đến những cơn bão nghiêm trọng hơn ở Nam bán cầu.
Yếu tố thứ hai là những ngọn núi lớn ở Bắc bán cầu, như công việc trước đó của Manabe đã đề xuất, làm giảm các cơn bão. Dòng khí trên các phạm vi núi lớn tạo ra mức cao cố định và giảm lượng năng lượng có sẵn cho các cơn bão.
Tuy nhiên, chỉ riêng việc phân tích dữ liệu được quan sát không thể xác nhận các nguyên nhân này, bởi vì quá nhiều yếu tố hoạt động và tương tác đồng thời. Ngoài ra, chúng tôi không thể loại trừ các nguyên nhân cá nhân để kiểm tra tầm quan trọng của chúng.
Để làm điều này, chúng ta cần sử dụng các mô hình khí hậu để nghiên cứu cách các cơn bão thay đổi khi các yếu tố khác nhau được loại bỏ.
Khi chúng tôi làm mịn các ngọn núi của Trái đất trong mô phỏng, sự khác biệt về cường độ bão giữa các bán cầu đã giảm một nửa. Khi chúng tôi tháo đai băng tải của đại dương, nửa còn lại của sự khác biệt về bão đã biến mất. Do đó, lần đầu tiên, chúng tôi phát hiện ra một lời giải thích cụ thể cho các cơn bão ở Nam bán cầu.
Vì các cơn bão có liên quan đến các tác động xã hội nghiêm trọng như gió cực độ, nhiệt độ và lượng mưa, nên câu hỏi quan trọng chúng ta phải trả lời là liệu các cơn bão trong tương lai sẽ mạnh hơn hay yếu hơn.
Nhận tóm tắt quản lý của tất cả các bài viết và giấy tờ chính từ carbon tóm tắt qua email. Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi ở đây.
Nhận tóm tắt quản lý của tất cả các bài viết và giấy tờ chính từ carbon tóm tắt qua email. Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi ở đây.
Một công cụ quan trọng trong việc chuẩn bị các xã hội để đối phó với các tác động của biến đổi khí hậu là việc cung cấp các dự báo dựa trên các mô hình khí hậu. Một nghiên cứu mới cho thấy các cơn bão bán cầu nam trung bình sẽ trở nên dữ dội hơn vào cuối thế kỷ.
Ngược lại, những thay đổi về cường độ trung bình hàng năm của các cơn bão ở Bắc bán cầu được dự đoán là vừa phải. Điều này một phần là do các tác động theo mùa cạnh tranh giữa sự nóng lên ở vùng nhiệt đới, làm cho bão mạnh hơn và sự nóng lên nhanh chóng ở Bắc Cực, khiến chúng yếu hơn.
Tuy nhiên, khí hậu ở đây và bây giờ đang thay đổi. Khi chúng ta xem xét những thay đổi trong vài thập kỷ qua, chúng ta thấy rằng những cơn bão trung bình đã trở nên dữ dội hơn trong suốt cả năm ở Nam bán cầu, trong khi những thay đổi ở Bắc bán cầu đã không đáng kể, phù hợp với dự đoán mô hình khí hậu trong cùng thời gian.
Mặc dù các mô hình đánh giá thấp tín hiệu, chúng chỉ ra những thay đổi xảy ra vì cùng một lý do vật lý. Đó là, những thay đổi trong đại dương làm tăng bão vì nước ấm hơn di chuyển về phía đường xích đạo và nước lạnh hơn được đưa lên bề mặt xung quanh Nam Cực để thay thế nó, dẫn đến sự tương phản mạnh hơn giữa đường xích đạo và cực.
Ở bán cầu bắc, những thay đổi đại dương được bù đắp do mất băng biển và tuyết, khiến Bắc Cực hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời hơn và làm suy yếu độ tương phản giữa đường xích đạo và cực.
Các cổ phần của nhận được câu trả lời đúng là cao. Điều quan trọng đối với công việc trong tương lai là xác định lý do tại sao các mô hình đánh giá thấp tín hiệu được quan sát, nhưng điều quan trọng là phải có câu trả lời đúng vì những lý do vật lý đúng đắn.
Xiao, T. et al. .
Nhận tóm tắt quản lý của tất cả các bài viết và giấy tờ chính từ carbon tóm tắt qua email. Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi ở đây.
Nhận tóm tắt quản lý của tất cả các bài viết và giấy tờ chính từ carbon tóm tắt qua email. Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi ở đây.
Xuất bản theo giấy phép CC. Bạn có thể tái tạo toàn bộ vật liệu không được điều chỉnh cho việc sử dụng phi thương mại với một liên kết đến bản tóm tắt carbon và liên kết đến bài viết. Vui lòng liên hệ với chúng tôi để sử dụng thương mại.