Giáo sư Tiffany Shaw, Giáo sư, Khoa Khoa học 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 "gầm gừ bốn mươi độ", "năm mươi độ điên cuồng" và "gào thét sáu mươi độ".Sóng đạt tới con số khổng lồ 78 feet (24 mét).
Như chúng ta đã 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 các cơn bão lại phổ biến ở Nam bán cầu hơn ở Bắc bán cầu.
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 "vành đai băng chuyền" đại dương toàn cầu và những 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 những cơn bão 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 vì chúng tôi biết rằng những cơn bão mạnh hơn có thể dẫn đến những tác động nghiêm trọng hơn như gió, nhiệt độ và lượng mưa khắc nghiệt.
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 đã cho các nhà khoa học một bức tranh rõ ràng về cơn bão ở bán cầu bắc.Tuy nhiên, ở Nam bán cầu, bao phủ khoảng 20% ​​diện tích đất liền, chúng ta không có được bức tranh rõ ràng về các cơn bão cho đến khi có các quan sát vệ tinh vào cuối những năm 1970.
Qua 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 bên dưới, cho thấy cường độ bão trung bình hàng năm quan sát được ở Nam bán cầu (trên cùng), Bắc bán cầu (ở giữa) và sự khác biệt giữa chúng (dưới cùng) từ năm 1980 đến năm 2018. (Lưu ý rằng Nam Cực nằm ở đầu so sánh giữa bản đồ đầu tiên và bản đồ 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 (được tô màu cam) ở Bắc bán cầu.Bản đồ khác biệt cho thấy các cơn bão ở Nam bán cầu mạnh hơn ở Bắc bán cầu (màu cam) ở hầu hết các vĩ độ.
Mặc dù có nhiều giả thuyết khác nhau nhưng không ai đưa ra lời giải thích xác đáng cho sự khác biệt về các cơn bão giữa hai bán cầu.
Tìm ra những lý do dường như là một nhiệm vụ khó khăn.Làm thế nào để hiểu được một hệ thống phức tạp kéo dài hàng nghìn km như bầu khí quyển?Chúng ta không thể cho Trái đất vào lọ và nghiên cứu nó.Tuy nhiên, đây chính xác là những gì các nhà khoa học nghiên cứu về vật lý khí hậu đang làm.Chúng tôi 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 phương pháp 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”.Dự đoán của nó dựa trên các mô hình vật lý của khí hậu Trái đất, từ các mô hình nhiệt độ một chiều đơn giản nhất đến các mô hình ba chiều chính thức.Nó nghiên cứu phản ứng của khí hậu đối với mức tăng carbon dioxide 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 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 tiếp nhận và hấp thụ tại xích đạo, nơi tia nắng mặt trời chiếu trực tiếp hơn vào bề mặt.Ngược lại, các cực mà ánh sáng chiếu vào ở các 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.Quá trình chuyển đổi này xảy ra thông qua một quá trình được gọi là "sự mất ổn định của baroclinic".
Quan điểm này gợi ý rằng ánh sáng mặt trời tới không thể giải thích số lượng bão lớn hơn 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, việc vận chuyển năng lượng đại dương, thường được gọi là “băng chuyền”.Nước chìm gần Bắc Cực, chảy dọc theo đáy đại dương, dâng lên xung quanh Nam Cực và chảy ngược về phía bắc dọc theo đường xích đạo, mang theo năng lượng.Kết quả cuối cùng là sự chuyển giao năng lượng từ Nam Cực đến Bắc Cực.Điều này tạo ra sự tương phản năng lượng lớn hơn giữa xích đạo và các cực ở Nam bán cầu so với ở Bắc bán cầu, dẫn đến các cơn bão dữ dội hơn ở Nam bán cầu.
Yếu tố thứ hai là những ngọn núi lớn ở bắc bán cầu, như công trình trước đó của Manabe đã gợi ý, làm giảm bớt các cơn bão.Các luồng không khí trên các dãy núi lớn tạo ra các mức cao và thấp cố định làm giảm lượng năng lượng sẵn có cho các cơn bão.
Tuy nhiên, chỉ phân tích dữ liệu quan sát được thì không thể khẳng định những nguyên nhân này, bởi vì có quá nhiều yếu tố hoạt động và tương tác đồng thời.Ngoài ra, chúng tôi không thể loại trừ các nguyên nhân riêng lẻ để kiểm tra tầm quan trọng của chúng.
Để làm được điều này, chúng ta cần sử dụng các mô hình khí hậu để nghiên cứu bão thay đổi như thế nào khi loại bỏ các yếu tố khác nhau.
Khi chúng tôi làm phẳng các ngọn núi trên 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 chuyền của đại dương, nửa còn lại của sự khác biệt về bão đã biến mất.Vì vậy, 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, nhiệt độ và lượng mưa cực đoan, nên câu hỏi quan trọng mà chúng ta phải trả lời là liệu các cơn bão trong tương lai sẽ mạnh hơn hay yếu hơn.
Nhận bản tóm tắt của tất cả các bài báo và bài báo quan trọng từ Carbon Brief qua email.Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi ở đây.
Nhận bản tóm tắt của tất cả các bài báo và bài báo quan trọng từ Carbon Brief qua email.Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi ở đây.
Một công cụ quan trọng trong việc chuẩn bị cho các xã hội đối phó với các tác động của biến đổi khí hậu là cung cấp các dự báo dựa trên các mô hình khí hậu.Một nghiên cứu mới cho thấy các cơn bão trung bình ở nam bán cầu sẽ trở nên dữ dội hơn vào cuối thế kỷ này.
Ngược lại, những thay đổi về cường độ bão trung bình hàng năm ở Bắc bán cầu được dự đoán là vừa phải.Điều này một phần là do các tác động cạnh tranh theo mùa giữa sự nóng lên ở vùng nhiệt đới khiến bão mạnh hơn và sự nóng lên nhanh chóng ở Bắc Cực khiến chúng yếu đi.
Tuy nhiên, khí hậu ở đây và bây giờ đang thay đổi.Khi xem xét những thay đổi trong vài thập kỷ qua, chúng tôi thấy rằng các cơn bão trung bình trở nên dữ dội hơn trong suốt cả năm ở Nam bán cầu, trong khi những thay đổi ở Bắc bán cầu là không đáng kể, phù hợp với các dự đoán của mô hình khí hậu trong cùng thời kỳ .
Mặc dù các mô hình đánh giá thấp tín hiệu, nhưng chúng chỉ ra những thay đổi xảy ra vì những lý do vật lý giống nhau.Nghĩa là, những thay đổi trong đại dương làm gia tăng các cơn bão vì nước ấm hơn di chuyển về phía xích đạo và nước lạnh hơn được đưa lên bề mặt xung quanh Nam Cực để thay thế nước này, dẫn đến sự tương phản mạnh hơn giữa xích đạo và các cực.
Ở Bắc bán cầu, những thay đổi của đại dương được bù đắp bằng sự mất mát của băng biển và tuyết, khiến Bắc Cực hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời hơn và làm suy yếu độ tương phản giữa xích đạo và các cực.
Cơ hội nhận được câu trả lời đúng rất 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 quan sát được, nhưng điều quan trọng không kém là có được câu trả lời đúng cho những lý do vật lý phù hợp.
Xiao, T. và cộng sự.(2022) Bão ở Nam bán cầu do địa hình và hoàn lưu đại dương, Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, doi: 10.1073/pnas.2123512119
Nhận bản tóm tắt của tất cả các bài báo và bài báo quan trọng từ Carbon Brief qua email.Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi ở đây.
Nhận bản tóm tắt của tất cả các bài báo và bài báo quan trọng từ Carbon Brief qua email.Tìm hiểu thêm về bản tin của chúng tôi ở đây.
Xuất bản theo giấy phép CC.Bạn có thể sao chép toàn bộ tài liệu chưa được điều chỉnh cho mục đích sử dụng phi thương mại với liên kết đến Bản tóm tắt Carbon và liên kết đến bài báo.Vui lòng liên hệ với chúng tôi để sử dụng thương mại.