Giáo sư Tiffany Shaw, Giáo sư, Khoa Khoa học Trái đất, Đại học Chicago
Bán cầu nam là một nơi rất hỗn loạn. Gió ở nhiều vĩ độ khác nhau được mô tả là "bốn mươi độ gầm rú", "năm mươi độ hung dữ" và "sáu mươi độ gào thét". Sóng cao tới 78 feet (24 mét).
Như chúng ta đều biết, không có gì ở bán cầu bắc có thể sánh được với những cơn bão, gió và sóng dữ dội ở bán cầu nam. Tại sao?
Trong một nghiên cứu mới được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, tôi và các đồng nghiệp đã khám phá ra lý do tại sao bão thường xảy ra ở bán cầu nam nhiều hơn ở bán cầu bắc.
Kết hợp nhiều bằng chứng từ quan sát, lý thuyết và mô hình khí hậu, kết quả của chúng tôi chỉ ra vai trò cơ bản của "băng chuyền" đại dương toàn cầu và các ngọn núi lớn ở bán cầu bắc.
Chúng tôi cũng chỉ ra rằng, theo thời gian, các cơn bão ở Nam bán cầu trở nên dữ dội hơn, trong khi các cơn bão ở Bắc bán cầu thì không. Điều này phù hợp với mô hình khí hậu về sự nóng lên toàn cầu.
Những thay đổi này quan trọng vì chúng ta biết rằng những cơn bão mạnh hơn có thể dẫn đến những tác động nghiêm trọng hơn như gió mạnh, nhiệt độ và lượng mưa cực lớn.
Trong một thời gian dài, hầu hết các quan sát về thời tiết trên Trái Đất đều được thực hiện từ đất liền. Điều này giúp các nhà khoa học có được bức tranh rõ nét về cơn bão ở bán cầu bắc. Tuy nhiên, ở Nam bán cầu, nơi bao phủ khoảng 20 phần trăm đất liền, chúng ta không có được bức tranh rõ nét về cơn bão cho đến khi các quan sát vệ tinh xuất hiện vào cuối những năm 1970.
Qua nhiều thập kỷ quan sát kể từ khi bắt đầu kỷ nguyên vệ tinh, chúng ta biết rằng bão ở bán cầu nam mạnh hơn bão ở bán cầu bắc khoảng 24 phần trăm.
Điều này được thể hiện trên bản đồ bên dưới, cho thấy cường độ bão trung bình hàng năm được quan sát thấy ở Nam bán cầu (trên cùng), Bắc bán cầu (giữa) và sự khác biệt giữa chúng (dưới cùng) từ năm 1980 đến năm 2018. (Lưu ý rằng Nam Cực nằm ở đầu bản đồ so sánh giữa bản đồ đầu tiên và bản đồ cuối cùng.)
Bản đồ cho thấy cường độ liên tục cao 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 (được tô màu 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 (được tô màu cam) ở hầu hết các vĩ độ.
Mặc dù có nhiều giả thuyết khác nhau, nhưng không ai đưa ra lời giải thích chắc chắn cho sự khác biệt về bão giữa hai bán cầu.
Việc tìm ra lý do có vẻ là một nhiệm vụ khó khăn. Làm sao để hiểu được một hệ thống phức tạp như vậy trải dài hàng ngàn kilomet như bầu khí quyển? Chúng ta không thể đặt Trái Đất vào trong một cái lọ và nghiên cứu nó. Tuy nhiên, đây chính xác là những gì các nhà khoa học nghiên cứu vật lý khí hậu đang làm. Chúng ta áp dụng các định luật vật lý và sử dụng chúng để hiểu bầu khí quyển và khí hậu của Trái Đất.
Ví dụ nổi tiếng nhất của cách tiếp cận này là công trình tiên phong của Tiến sĩ Shuro Manabe, người đã nhận Giải Nobel Vật lý năm 2021 “vì dự đoán đáng tin cậy của ông về sự nóng lên toàn cầu”. Các dự đoán của ông dựa trên các mô hình vật lý về khí hậu Trái đất, từ các mô hình nhiệt độ một chiều đơn giản nhất đến các mô hình ba chiều hoàn chỉnh. Công trình này nghiên cứu phản ứng của khí hậu đối với mức độ carbon dioxide tăng cao trong khí quyển thông qua các mô hình có độ phức tạp vật lý khác nhau và theo dõi các tín hiệu mới nổi từ các hiện tượng vật lý cơ bản.
Để hiểu thêm về các cơn bão ở Nam bán cầu, chúng tôi đã thu thập một số 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 khắp Trái đất.
Vì Trái Đất là hình cầu nên bề mặt Trái Đất nhận được bức xạ mặt trời không đều từ Mặt Trời. Hầu hết năng lượng được nhận và hấp thụ tại đường xích đạo, nơi tia sáng mặt trời chiếu trực tiếp xuống bề mặt Trái Đất hơn. Ngược lại, các cực mà ánh sáng chiếu vào ở góc dốc sẽ 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, chúng chuyển đổi năng lượng "tĩnh" được lưu trữ trong sự khác biệt này thành năng lượng "động" của chuyển động. Sự chuyển đổi này xảy ra thông qua một quá trình được gọi là "bất ổn baroclinic".
Quan điểm này cho rằng ánh sáng mặt trời chiếu tới không thể giải thích được số lượng lớn các cơn bão ở Nam bán cầu, vì cả hai bán cầu đều nhận được lượng ánh sáng mặt trời như nhau. Thay vào đó, phân tích quan sát của chúng tôi cho thấy sự khác biệt về cường độ bão giữa Nam và Bắc có thể là do hai yếu tố khác nhau.
Đầu tiên, quá trình vận chuyển năng lượng đại dương, thường được gọi là “băng chuyền”. Nước chìm xuống gần Bắc Cực, chảy dọc theo đáy đại dương, dâng lên quanh Nam Cực và chảy ngược về phía bắc dọc theo đường xích đạo, mang theo năng lượng. Kết quả cuối cùng là sự truyền năng lượng từ Nam Cực đến Bắc Cực. Điều này tạo ra sự tương phản năng lượng lớn hơn giữa đường xích đạo và các cực ở Nam Bán Cầu so với Bắc Bán Cầu, dẫn đến những cơn bão dữ dội hơn ở Nam Bán Cầu.
Yếu tố thứ hai là những ngọn núi lớn ở bán cầu bắc, như công trình trước đó của Manabe đã đề xuất, làm giảm bớt các cơn bão. Các luồng không khí trên các dãy núi lớn tạo ra các điểm cao và thấp cố định làm giảm lượng năng lượng có sẵn cho các cơn bão.
Tuy nhiên, chỉ phân tích dữ liệu quan sát không thể xác nhận những nguyên nhân này, vì có quá nhiều yếu tố hoạt động và tương tác đồng thời. Ngoài ra, chúng ta không thể loại trừ các nguyên nhân riêng lẻ để kiểm tra ý nghĩa của chúng.
Để làm được điều này, chúng ta cần sử dụng các mô hình khí hậu để nghiên cứu cách bão thay đổi khi các yếu tố khác nhau bị loại bỏ.
Khi chúng tôi san phẳng các ngọn núi của Trái Đất trong mô phỏng, sự khác biệt về cường độ bão giữa các bán cầu đã giảm đi một nửa. Khi chúng tôi loại bỏ băng tải của đại dương, một nửa khác biệt về bão đã biến mất. Do đó, lần đầu tiên, chúng tôi khám phá ra lời giải thích cụ thể cho các cơn bão ở Nam Bán Cầu.
Vì bão có liên quan đến những tác động xã hội nghiêm trọng như gió mạnh, nhiệt độ và lượng mưa lớn, nên câu hỏi quan trọng mà chúng ta phải trả lời là liệu những cơn bão trong tương lai sẽ mạnh hơn hay yếu hơn.
Nhận tóm tắt được chọn lọc của tất cả các bài viết và bài báo quan trọng từ Carbon Brief qua email. Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi tại đây.
Nhận tóm tắt được chọn lọc của tất cả các bài viết và bài báo quan trọng từ Carbon Brief qua email. Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi tại đây.
Một công cụ chính trong việc chuẩn bị cho xã hội ứng phó với tác động của biến đổi khí hậu là cung cấp dự báo dựa trên các mô hình khí hậu. Một nghiên cứu mới cho thấy rằng các cơn bão trung bình ở Nam bán cầu sẽ trở nên dữ dội hơn vào cuối thế kỷ.
Ngược lại, những thay đổi về cường độ trung bình hằng năm của bão ở Bắc bán cầu được dự đoán là vừa phải. Điều này một phần là do các hiệu ứng theo mùa cạnh tranh giữa sự ấm lên ở vùng nhiệt đới, khiến bão mạnh hơn, và sự ấm lên nhanh chóng ở Bắc Cực, khiến bão yếu hơn.
Tuy nhiên, khí hậu ở đây và hiện tại đang thay đổi. Khi chúng ta xem xét những thay đổi trong vài thập kỷ qua, chúng ta thấy rằng các cơn bão trung bình đã trở nên dữ dội hơn trong suốt cả năm ở bán cầu nam, trong khi những thay đổi ở bán cầu bắc là không đáng kể, phù hợp với dự đoán của mô hình khí hậu trong cùng thời kỳ.
Mặc dù các mô hình đánh giá thấp tín hiệu, chúng chỉ ra những thay đổi xảy ra vì cùng lý do vật lý. Nghĩa là, những thay đổi trong đại dương làm tăng bão vì nước ấm di chuyển về phía đường xích đạo và nước lạnh hơn được đưa lên bề mặt xung quanh Nam Cực để thay thế, dẫn đến sự tương phản mạnh hơn giữa đường xích đạo và các cực.
Ở Bắc bán cầu, những thay đổi của đại dương được bù đắp bằng việc mất đi băng biển và tuyết, khiến Bắc Cực hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời hơn và làm giảm độ tương phản giữa đường xích đạo và hai cực.
Việc tìm ra câu trả lời đúng là rất quan trọng. Việc xác định lý do tại sao các mô hình lại đánh giá thấp tín hiệu quan sát được sẽ rất quan trọng đối với công việc trong tương lai, nhưng việc tìm ra câu trả lời đúng vì những lý do vật lý đúng đắn cũng quan trọng không kém.
Xiao, T. et al. (2022) Bão ở Nam bán cầu do địa hình và lưu thông đại dương, Biên bản của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Nhận tóm tắt được chọn lọc của tất cả các bài viết và bài báo quan trọng từ Carbon Brief qua email. Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi tại đây.
Nhận tóm tắt được chọn lọc của tất cả các bài viết và bài báo quan trọng từ Carbon Brief qua email. Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi tại đây.
Được xuất bản theo giấy phép CC. Bạn có thể sao chép toàn bộ tài liệu chưa được điều chỉnh để sử dụng phi thương mại với liên kết đến Carbon Brief và liên kết đến bài viết. Vui lòng liên hệ với chúng tôi để sử dụng thương mại.