Tiffany Shaw 교수, 시카고 대학교 지구과학과 교수
남반구는 매우 난류입니다. 다양한 위도의 바람은“포효하는 40도”,“격렬한 50도”및“60도 비명”으로 묘사되었습니다. 파도는 무려 78 피트 (24 미터)에 도달합니다.
우리 모두 알다시피, 북반구의 어느 것도 남반구의 심한 폭풍, 바람 및 파도와 일치 할 수 없습니다. 왜?
국립 과학 아카데미 (National Academy of Sciences)의 절차에 발표 된 새로운 연구에서, 동료들은 남반구에서 남반구에서 폭풍이 더 흔한 이유를 밝혀냅니다.
관찰, 이론 및 기후 모델의 여러 증거를 결합한 결과, 우리의 결과는 북반구의 세계 해양“컨베이어 벨트”와 큰 산의 근본적인 역할을 지적합니다.
우리는 또한 시간이 지남에 따라 남반구의 폭풍이 더욱 강해졌으며 북반구의 사람들은 그렇지 않았다는 것을 보여줍니다. 이것은 지구 온난화의 기후 모델 모델과 일치합니다.
이러한 변화는 강한 폭풍이 극도의 바람, 온도 및 강우와 같은 심각한 영향을 줄 수 있다는 것을 알고 있기 때문에 중요합니다.
오랫동안 지구상의 날씨에 대한 대부분의 관찰은 땅에서 만들어졌습니다. 이것은 과학자들에게 북반구의 폭풍에 대한 명확한 그림을 주었다. 그러나 토지의 약 20 %를 차지하는 남반구에서는 1970 년대 후반에 위성 관찰이 가능해 질 때까지 폭풍에 대한 명확한 그림을 얻지 못했습니다.
위성 시대가 시작된 이래 수십 년 동안 관찰 된 후, 우리는 남반구의 폭풍이 북반구의 폭풍보다 약 24 % 강하다는 것을 알고 있습니다.
이것은 아래지도에 나와 있으며, 남반구 (상단), 북반구 (중심) 및 1980 년부터 2018 년까지의 차이 (중심)의 평균 연간 폭풍 강도를 보여줍니다.
이지도는 남반구의 남해양에서 지속적으로 높은 폭풍과 태평양과 대서양 (오렌지로 음영)에 집중되어 있음을 보여줍니다. 차이 맵은 남반구에서 폭풍이 북반구 (오렌지색 음영)보다 대부분의 위도보다 강력하다는 것을 보여줍니다.
많은 다른 이론이 있지만, 두 반구 사이의 폭풍의 차이에 대한 결정적인 설명은 아무도 없습니다.
그 이유를 찾는 것은 어려운 일인 것 같습니다. 수천 킬로미터에 걸쳐 이러한 복잡한 시스템을 대기로 이해하는 방법은 무엇입니까? 우리는 지구를 병에 넣고 공부할 수 없습니다. 그러나 이것이 바로 기후의 물리학을 연구하는 과학자들이하는 일입니다. 우리는 물리 법칙을 적용하여 지구의 대기와 기후를 이해하기 위해 사용합니다.
이 접근법의 가장 유명한 예는 Shuro Manabe 박사의 선구적인 작품으로,“지구 온난화에 대한 신뢰할만한 예측으로”2021 년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 그것의 예측은 가장 간단한 1 차원 온도 모델에서 본격적인 3 차원 모델에 이르기까지 지구 기후의 물리적 모델을 기반으로합니다. 그것은 다양한 물리적 복잡성과 기본 물리적 현상으로부터 신호를 모니터링하는 모델을 통해 대기에서 이산화탄소의 상승 수준에 대한 기후의 반응을 연구합니다.
남반구에서 더 많은 폭풍을 이해하기 위해 물리 기반 기후 모델의 데이터를 포함하여 여러 줄의 증거를 수집했습니다. 첫 번째 단계에서, 우리는 지구에 에너지가 어떻게 분포되는지에 대한 관찰을 연구합니다.
지구는 구이기 때문에 표면은 태양으로부터 불균일 한 태양 복사를받습니다. 대부분의 에너지는 적도에서 받고 흡수되어 태양 광선이 표면에 더 직접적으로 부딪칩니다. 대조적으로, 가파른 각도에서 빛이 닿는 극은 에너지가 적습니다.
수십 년의 연구에 따르면 폭풍의 강도는 이러한 에너지 차이에서 비롯된 것으로 나타났습니다. 본질적으로, 그들은이 차이에 저장된 "정적"에너지를 "동역학"운동 에너지로 변환합니다. 이 전환은 "Baroclinic 불안정성"으로 알려진 프로세스를 통해 발생합니다.
이 견해는 사고 햇빛이 남반구에서 더 많은 폭풍을 설명 할 수 없다는 것을 시사합니다. 두 반구 모두 같은 양의 햇빛을 받기 때문입니다. 대신, 우리의 관찰 분석은 남쪽과 북쪽의 폭풍 강도의 차이가 두 가지 다른 요인에 기인 할 수 있음을 시사합니다.
첫째, 해양 에너지의 운송은 종종 "컨베이어 벨트"라고합니다. 물은 북극 근처의 물이 가라 앉고 바다 바닥을 따라 흐르고 남극 대륙 주변으로 올라가며 적도를 따라 북쪽으로 흐르고 에너지를 운반합니다. 최종 결과는 남극 대륙에서 북극으로 에너지를 전이시키는 것입니다. 이것은 북반구보다 남반구와 남반구의 극 사이에 더 큰 에너지 대비를 생성하여 남반구에서 더 심한 폭풍을 일으킨다.
두 번째 요인은 북반구의 큰 산으로, 마나베의 초기 연구가 제안한 것처럼 폭풍이 멈 춥니 다. 큰 산 범위의 기류는 고정 된 최고점과 최저를 만들어 폭풍에 사용할 수있는 에너지의 양을 줄입니다.
그러나 관찰 된 데이터만으로는 너무 많은 요인이 동시에 작동하고 상호 작용하기 때문에 이러한 원인을 확인할 수 없습니다. 또한, 우리는 그들의 중요성을 테스트하기 위해 개별 원인을 배제 할 수 없습니다.
이를 위해서는 기후 모델을 사용하여 다른 요인이 제거 될 때 폭풍이 어떻게 변하는 지 연구해야합니다.
우리가 시뮬레이션에서 지구의 산을 부드럽게했을 때, 반구 사이의 폭풍 강도의 차이는 절반으로 줄었다. 우리가 바다의 컨베이어 벨트를 제거했을 때, 폭풍 차이의 나머지 절반은 사라졌습니다. 따라서 처음으로, 우리는 남반구의 폭풍에 대한 구체적인 설명을 발견합니다.
폭풍은 극도의 바람, 온도 및 강수와 같은 심각한 사회적 영향과 관련이 있기 때문에 우리가 대답 해야하는 중요한 질문은 미래의 폭풍이 더 강하거나 약할 것인지 여부입니다.
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기후 변화의 영향에 대처할 수 있도록 사회를 준비하는 핵심 도구는 기후 모델을 기반으로 한 예측을 제공하는 것입니다. 새로운 연구에 따르면 평균 남반구 폭풍은 세기 말에 더욱 강렬해질 것입니다.
반대로, 북반구의 평균 연간 폭풍 강도의 변화는 보통으로 예상됩니다. 이것은 부분적으로 열대 지방의 온난화 사이의 계절적 영향으로 인해 폭풍이 더 강해지고 북극의 빠른 온난화로 인해 약해집니다.
그러나 여기서 기후가 바뀌고 있습니다. 지난 수십 년 동안 변화를 살펴보면 남반구에서 평균 폭풍이 일년 내내 더욱 강렬 해졌으며, 북반구의 변화는 같은 기간 동안 기후 모델 예측과 일치하여 무시할 수 있습니다.
모델은 신호를 과소 평가하지만 동일한 물리적 이유로 발생하는 변화를 나타냅니다. 즉, 따뜻한 물이 적도쪽으로 움직이고 차가운 물이 남극 대륙 주변의 표면으로 가져와이를 대체하여 적도와 극 사이의 더 강한 대비를 제공하기 때문에 해양의 변화가 폭풍을 증가시킵니다.
북반구에서는 해빙과 눈의 손실로 바다 변화가 상쇄되어 북극은 더 많은 햇빛을 흡수하고 적도와 극 사이의 대비를 약화시킵니다.
정답을 얻는 지분이 높습니다. 미래의 작업이 모델이 관찰 된 신호를 과소 평가하는 이유를 결정하는 것이 중요하지만, 올바른 물리적 이유로 정답을 얻는 것도 마찬가지로 중요합니다.
Xiao, T. et al. (2022) 지형 및 해양 순환으로 인한 남반구의 폭풍, 미국 국립 과학 아카데미, DOI : 10.1073/PNAS.2123512119
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