На протяжении веков моряки, побывавшие во всем мире, знали, где поджидают самые страшные штормы: в Южном полушарии. «Волны были высотой с гору и угрожали захлестнуть корабль при каждом броске», — писал один пассажир во время путешествия 1849 года вокруг оконечности Южной Америки.
Много лет спустя ученые, изучающие спутниковые данные, смогли, наконец, подкрепить интуицию моряков цифрами: Южное полушарие действительно более штормовое, чем Северное, фактически примерно на 24%. Но никто не знал почему.
Новое исследование под руководством климатолога Чикагского университета Тиффани Шоу предлагает первое конкретное объяснение этого явления. Шоу и ее коллеги нашли двух основных виновников: циркуляцию океана и большие горные хребты в Северном полушарии.
Исследование также показало, что эта 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. Выводы ученых опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Долгое время мало что было известно о погоде в Южном полушарии: мы наблюдаем за погодой в основном с суши, а в Южном полушарии гораздо больше океана, чем в Северном.
Но с появлением спутниковых глобальных наблюдений в 1980-х годах появилась возможность количественно оценить, насколько огромной была разница. Южное полушарие отличается более сильным реактивным течением и более интенсивными погодными явлениями.
Идеи были разные, но никто не нашел окончательного объяснения этой асимметрии. У Шоу, вместе с Осаму Мияваки из Национального центра атмосферных исследований и Аароном Донохью из Вашингтонского университета, были гипотезы, основанные на их собственных и других предыдущих исследованиях, но они хотели сделать следующий шаг. Это означало объединение нескольких линий доказательств, основанных на наблюдениях, теории и физическом моделировании климата Земли.
Они использовали численную модель климата Земли, построенную на законах физики, которые воспроизводили наблюдения. Затем они удалили разные переменные по одной за раз и количественно оценили 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. Это создает разницу в энергии между двумя полушариями. Когда ученые попытались устранить эту конвейерную ленту, они увидели, что другая половина разницы в интенсивности шторма 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 среднем в Северном полушарии изменение было незначительным.
Изменения штормового режима в Южном полушарии были связаны с изменениями в океане. Они 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.
Ученые проверили и обнаружили, что модели, используемые для прогнозирования изменения климата в рамках оценочного отчета Межправительственной группы экспертов по изменению климата, показывали те же сигналы — усиление шторма в Южном полушарии и незначительные изменения в Северном — что служит важной независимой проверкой точность этих моделей.
Может показаться удивительным, что такой обманчиво простой вопрос — почему в одном полушарии штормит больше, чем в другом — так долго оставался без ответа, но Шоу объяснила, что область физики погоды и климата относительно молода по сравнению со многими другими областями. Только после Второй мировой войны ученые начали строить физические модели, управляющие крупномасштабной погодой и климатом.
Но глубокое понимание физических механизмов, лежащих в основе климата, и его реакции на изменения, вызванные деятельностью человека, такие как изложенные в этом исследовании, имеют решающее значение для прогнозирования и понимания того, что произойдет по мере ускорения изменения климата.
«Закладывая основу для понимания, мы повышаем уверенность в прогнозах изменения климата и тем самым помогаем обществу лучше подготовиться к последствиям изменения климата», — сказала Шоу. «Одной из основных тем в моем исследовании является понимание того, дают ли модели достоверную информацию сейчас, чтобы мы могли доверять тому, что они говорят о будущем. Ставки высоки, и важно получить правильный ответ по правильной причине».
