Professeur Tiffany Shaw, professeur, Département des géosciences, Université de Chicago
L'hémisphère sud est un endroit très turbulent. Les vents de diverses latitudes ont été décrits comme «rugissant quarante degrés», «Furious Fifty degrés» et «criant soixante degrés». Les vagues atteignent un énorme 78 pieds (24 mètres).
Comme nous le savons tous, rien dans l'hémisphère nord ne peut correspondre aux violentes tempêtes, au vent et aux vagues de l'hémisphère sud. Pourquoi?
Dans une nouvelle étude publiée dans les actes de l'Académie nationale des sciences, mes collègues et moi découvrions pourquoi les tempêtes sont plus courantes dans l'hémisphère sud que dans le nord.
En combinant plusieurs éléments de preuve provenant des observations, de la théorie et des modèles climatiques, nos résultats indiquent le rôle fondamental des «soudex» mondiales océaniques et de grandes montagnes dans l'hémisphère nord.
Nous montrons également que, au fil du temps, les tempêtes de l'hémisphère sud sont devenues plus intenses, tandis que ceux de l'hémisphère nord ne l'ont pas fait. Cela est cohérent avec la modélisation du modèle climatique du réchauffement climatique.
Ces changements sont importants parce que nous savons que les tempêtes plus fortes peuvent entraîner des impacts plus graves tels que les vents extrêmes, les températures et les précipitations.
Pendant longtemps, la plupart des observations du temps sur Terre ont été faites à partir de terres. Cela a donné aux scientifiques une image claire de la tempête dans l'hémisphère nord. Cependant, dans l'hémisphère sud, qui couvre environ 20% des terres, nous n'avons pas obtenu une image claire des tempêtes jusqu'à ce que les observations par satellite soient disponibles à la fin des années 1970.
Depuis des décennies d'observation depuis le début de l'ère satellite, nous savons que les tempêtes dans l'hémisphère sud sont environ 24% plus fortes que celles de l'hémisphère nord.
Ceci est illustré à la carte ci-dessous, qui montre l'intensité annuelle moyenne de tempête observée pour l'hémisphère sud (haut), l'hémisphère nord (centre) et la différence entre eux (en bas) de 1980 à 2018. (Notez que le pôle Sud est en haut de la comparaison entre les première et dernières cartes.)
La carte montre l'intensité constante des tempêtes dans l'océan Austral dans l'hémisphère sud et leur concentration dans les océans du Pacifique et atlantique (ombragés en orange) dans l'hémisphère nord. La carte de différence montre que les tempêtes sont plus fortes dans l'hémisphère sud que dans l'hémisphère nord (ombrage orange) au plus de latitudes.
Bien qu'il existe de nombreuses théories différentes, personne n'offre une explication définitive de la différence de tempêtes entre les deux hémisphères.
Découvrir les raisons semble être une tâche difficile. Comment comprendre un système aussi complexe couvrant des milliers de kilomètres que l'atmosphère? Nous ne pouvons pas mettre la terre dans un pot et l'étudier. Cependant, c'est précisément ce que font les scientifiques qui étudient la physique du climat. Nous appliquons les lois de la physique et les utilisons pour comprendre l'atmosphère et le climat de la Terre.
L'exemple le plus célèbre de cette approche est l'œuvre pionnière du Dr Shuro Manabe, qui a reçu le prix Nobel de la physique 2021 «pour sa prédiction fiable du réchauffement climatique». Ses prédictions sont basées sur des modèles physiques du climat de la Terre, allant des modèles de température unidimensionnelle les plus simples aux modèles tridimensionnels à part entière. Il étudie la réponse du climat à l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère à travers des modèles de complexité physique variable et surveille les signaux émergents des phénomènes physiques sous-jacents.
Pour comprendre plus de tempêtes dans l'hémisphère sud, nous avons collecté plusieurs éléments de preuve, notamment des données de modèles climatiques basés sur la physique. Dans la première étape, nous étudions les observations en termes de répartition de l'énergie à travers la Terre.
Puisque la Terre est une sphère, sa surface reçoit inégalement le rayonnement solaire du Soleil. La majeure partie de l'énergie est reçue et absorbée à l'équateur, où les rayons du soleil frappent la surface plus directement. En revanche, les pôles qui frappent la lumière aux angles abrupts reçoivent moins d'énergie.
Des décennies de recherche ont montré que la force d'une tempête provient de cette différence d'énergie. Essentiellement, ils convertissent l'énergie «statique» stockée dans cette différence en énergie «cinétique» du mouvement. Cette transition se produit grâce à un processus appelé «instabilité baroclinique».
Cette vue suggère que la lumière du soleil incident ne peut pas expliquer le plus grand nombre de tempêtes dans l'hémisphère sud, car les deux hémisphères reçoivent la même quantité de soleil. Au lieu de cela, notre analyse d'observation suggère que la différence d'intensité de tempête entre le sud et le nord pourrait être due à deux facteurs différents.
Premièrement, le transport de l'énergie océanique, souvent appelée «tapis roulant». L'eau coule près du pôle Nord, coule le long du fond de l'océan, monte autour de l'Antarctique et revient vers le nord le long de l'équateur, transportant de l'énergie avec elle. Le résultat final est le transfert d'énergie de l'Antarctique au pôle Nord. Cela crée un plus grand contraste d'énergie entre l'équateur et les pôles de l'hémisphère sud que dans l'hémisphère nord, entraînant des tempêtes plus graves dans l'hémisphère sud.
Le deuxième facteur est les grandes montagnes de l'hémisphère nord qui, comme le suggèrent les travaux antérieurs de Manabe, atténue les tempêtes. Les courants d'air sur de grandes gammes de montagnes créent des sommets fixes et des bas qui réduisent la quantité d'énergie disponible pour les tempêtes.
Cependant, l'analyse des données observées ne peut pas confirmer ces causes, car trop de facteurs fonctionnent et interagissent simultanément. De plus, nous ne pouvons pas exclure des causes individuelles pour tester leur signification.
Pour ce faire, nous devons utiliser des modèles climatiques pour étudier comment les tempêtes changent lorsque différents facteurs sont supprimés.
Lorsque nous avons lissé les montagnes de la Terre dans la simulation, la différence d'intensité de tempête entre les hémisphères a été divisée par deux. Lorsque nous avons retiré le tapissage roulant de l'océan, l'autre moitié de la différence de tempête avait disparu. Ainsi, pour la première fois, nous découvrons une explication concrète des tempêtes dans l'hémisphère sud.
Étant donné que les tempêtes sont associées à de graves impacts sociaux tels que les vents extrêmes, les températures et les précipitations, la question importante à laquelle nous devons répondre est de savoir si les tempêtes futures seront plus fortes ou plus faibles.
Recevez des résumés organisés de tous les articles et articles clés de Carbon Brief par e-mail. En savoir plus sur notre newsletter ici.
Recevez des résumés organisés de tous les articles et articles clés de Carbon Brief par e-mail. En savoir plus sur notre newsletter ici.
Un outil clé dans la préparation des sociétés à faire face aux effets du changement climatique est la fourniture de prévisions basées sur les modèles climatiques. Une nouvelle étude suggère que les tempêtes moyennes de l'hémisphère sud deviendront plus intenses vers la fin du siècle.
Au contraire, les modifications de l'intensité annuelle moyenne des tempêtes dans l'hémisphère nord devraient être modérées. Cela est dû en partie aux effets saisonniers concurrents entre le réchauffement sous les tropiques, ce qui rend les tempêtes plus fortes et le réchauffement rapide dans l'Arctique, ce qui les rend plus faibles.
Cependant, le climat ici et maintenant change. Lorsque nous examinons les changements au cours des dernières décennies, nous constatons que les tempêtes moyennes sont devenues plus intenses au cours de l'année dans l'hémisphère sud, tandis que les changements dans l'hémisphère nord ont été négligeables, conformément aux prédictions du modèle climatique au cours de la même période.
Bien que les modèles sous-estiment le signal, ils indiquent des changements qui se produisent pour les mêmes raisons physiques. Autrement dit, les changements dans l'océan augmentent les tempêtes parce que l'eau plus chaude se déplace vers l'équateur et l'eau plus froide est ramenée à la surface autour de l'Antarctique pour la remplacer, entraînant un contraste plus fort entre l'équateur et les pôles.
Dans l'hémisphère nord, les changements océaniques sont compensés par la perte de glace de mer et de neige, ce qui fait absorber l'Arctique à absorber plus de soleil et affaiblir le contraste entre l'équateur et les pôles.
Les enjeux d'obtention de la bonne réponse sont élevés. Il sera important pour les travaux futurs de déterminer pourquoi les modèles sous-estiment le signal observé, mais il sera tout aussi important d'obtenir la bonne réponse pour les bonnes raisons physiques.
Xiao, T. et al. (2022) Storms dans l'hémisphère sud en raison des reliefs et de la circulation océanique, Actes de l'Académie nationale des sciences des États-Unis d'Amérique, DOI: 10.1073 / PNAS.2123512119
Recevez des résumés organisés de tous les articles et articles clés de Carbon Brief par e-mail. En savoir plus sur notre newsletter ici.
Recevez des résumés organisés de tous les articles et articles clés de Carbon Brief par e-mail. En savoir plus sur notre newsletter ici.
Publié sous la licence CC. Vous pouvez reproduire le matériau inadapté dans son intégralité pour une utilisation non commerciale avec un lien vers le brief de carbone et un lien vers l'article. Veuillez nous contacter pour un usage commercial.