ศาสตราจารย์ทิฟฟานี่ ชอว์ ศาสตราจารย์ภาควิชาธรณีวิทยา มหาวิทยาลัยชิคาโก
ซีกโลกใต้เป็นพื้นที่ที่มีลมปั่นป่วนมาก ลมที่ละติจูดต่างๆ ถูกบรรยายไว้ว่า "แรงถึงสี่สิบองศา" "แรงสุดห้าสิบองศา" และ "แรงสุดหกสิบองศา" คลื่นสูงถึง 78 ฟุต (24 เมตร)
อย่างที่เราทราบกันดีว่า ไม่มีสิ่งใดในซีกโลกเหนือที่จะเทียบได้กับพายุรุนแรง ลมแรง และคลื่นในซีกโลกใต้ ทำไมน่ะเหรอ?
ในการศึกษาวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences ฉันและเพื่อนร่วมงานได้ค้นพบว่าเหตุใดพายุจึงเกิดขึ้นบ่อยในซีกโลกใต้มากกว่าซีกโลกเหนือ
ผลลัพธ์ของเราจากการรวมหลักฐานหลายชุดจากการสังเกต ทฤษฎี และแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ ชี้ให้เห็นถึงบทบาทพื้นฐานของ "สายพานลำเลียง" มหาสมุทรทั่วโลกและภูเขาขนาดใหญ่ในซีกโลกเหนือ
เรายังแสดงให้เห็นด้วยว่า เมื่อเวลาผ่านไป พายุในซีกโลกใต้มีความรุนแรงมากขึ้น ในขณะที่พายุในซีกโลกเหนือกลับไม่รุนแรง สิ่งนี้สอดคล้องกับแบบจำลองสภาพภูมิอากาศของภาวะโลกร้อน
การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีความสำคัญเนื่องจากเราทราบดีว่าพายุที่รุนแรงขึ้นอาจส่งผลกระทบที่รุนแรงมากขึ้น เช่น ลมแรง อุณหภูมิ และฝนตกหนัก
เป็นเวลานานแล้วที่การสังเกตการณ์สภาพอากาศบนโลกส่วนใหญ่มักทำบนพื้นดิน ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์เห็นภาพพายุในซีกโลกเหนือได้อย่างชัดเจน อย่างไรก็ตาม ในซีกโลกใต้ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ของแผ่นดิน เรายังไม่เห็นภาพพายุที่ชัดเจน จนกระทั่งมีข้อมูลการสังเกตการณ์จากดาวเทียมในช่วงปลายทศวรรษ 1970
จากการสังเกตการณ์เป็นเวลาหลายสิบปีนับตั้งแต่เริ่มมียุคดาวเทียม เราทราบว่าพายุในซีกโลกใต้มีความรุนแรงมากกว่าพายุในซีกโลกเหนือประมาณ 24 เปอร์เซ็นต์
แผนที่ด้านล่างนี้แสดงค่าความรุนแรงของพายุเฉลี่ยรายปีที่สังเกตได้สำหรับซีกโลกใต้ (ภาพบน) ซีกโลกเหนือ (ภาพกลาง) และความแตกต่างระหว่างทั้งสอง (ภาพล่าง) ตั้งแต่ปี 1980 ถึงปี 2018 (โปรดทราบว่าขั้วโลกใต้อยู่ที่ด้านบนสุดของการเปรียบเทียบระหว่างแผนที่แรกและแผนที่สุดท้าย)
แผนที่แสดงความรุนแรงของพายุสูงอย่างต่อเนื่องในมหาสมุทรใต้ในซีกโลกใต้ และความเข้มข้นของพายุในมหาสมุทรแปซิฟิกและมหาสมุทรแอตแลนติก (แรเงาสีส้ม) ในซีกโลกเหนือ แผนที่แสดงความแตกต่างแสดงให้เห็นว่าพายุในซีกโลกใต้มีความรุนแรงมากกว่าในซีกโลกเหนือ (แรเงาสีส้ม) ที่ละติจูดส่วนใหญ่
แม้จะมีทฤษฎีต่างๆ มากมาย แต่ยังไม่มีใครให้คำอธิบายที่ชัดเจนเกี่ยวกับความแตกต่างของพายุในซีกโลกทั้งสอง
การหาสาเหตุดูเหมือนจะเป็นงานที่ยาก เราจะเข้าใจระบบอันซับซ้อนที่แผ่ขยายออกไปหลายพันกิโลเมตรอย่างชั้นบรรยากาศได้อย่างไร เราไม่สามารถนำโลกใส่ในโหลแก้วแล้วศึกษาได้ อย่างไรก็ตาม นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาฟิสิกส์เกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศกำลังทำอยู่ เราประยุกต์ใช้กฎทางฟิสิกส์เพื่อทำความเข้าใจชั้นบรรยากาศและสภาพภูมิอากาศของโลก
ตัวอย่างที่โด่งดังที่สุดของแนวทางนี้คือผลงานบุกเบิกของ ดร. ชูโร มานาเบะ ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2021 “จากการทำนายภาวะโลกร้อนที่น่าเชื่อถือ” การทำนายของแนวทางนี้อิงจากแบบจำลองทางกายภาพของสภาพภูมิอากาศโลก ตั้งแต่แบบจำลองอุณหภูมิแบบมิติเดียวที่ง่ายที่สุดไปจนถึงแบบจำลองสามมิติที่สมบูรณ์แบบ แนวทางนี้ศึกษาการตอบสนองของสภาพภูมิอากาศต่อระดับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศ ผ่านแบบจำลองที่มีความซับซ้อนทางกายภาพที่หลากหลาย และติดตามสัญญาณที่เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์ทางกายภาพพื้นฐาน
เพื่อทำความเข้าใจพายุในซีกโลกใต้ให้มากขึ้น เราได้รวบรวมหลักฐานหลายชุด รวมถึงข้อมูลจากแบบจำลองสภาพภูมิอากาศที่อิงหลักฟิสิกส์ ในขั้นตอนแรก เราจะศึกษาการสังเกตการณ์ในแง่ของการกระจายตัวของพลังงานทั่วโลก
เนื่องจากโลกเป็นทรงกลม พื้นผิวจึงได้รับรังสีดวงอาทิตย์จากดวงอาทิตย์อย่างไม่สม่ำเสมอ พลังงานส่วนใหญ่ได้รับและดูดซับที่เส้นศูนย์สูตร ซึ่งรังสีของดวงอาทิตย์จะตกกระทบพื้นผิวโดยตรง ในทางตรงกันข้าม ขั้วที่แสงตกกระทบในมุมชันจะได้รับพลังงานน้อยกว่า
งานวิจัยหลายทศวรรษแสดงให้เห็นว่าความแรงของพายุเกิดจากความแตกต่างของพลังงานนี้ โดยพื้นฐานแล้ว พายุจะเปลี่ยนพลังงาน “สถิต” ที่เก็บไว้ในความแตกต่างนี้ให้เป็นพลังงาน “จลน์” ของการเคลื่อนที่ การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่า “ความไม่เสถียรของบาโรคลินิก”
มุมมองนี้ชี้ให้เห็นว่าแสงแดดที่ตกกระทบไม่สามารถอธิบายจำนวนพายุที่มากกว่าในซีกโลกใต้ได้ เนื่องจากทั้งสองซีกโลกได้รับแสงอาทิตย์ในปริมาณที่เท่ากัน ในทางกลับกัน การวิเคราะห์เชิงสังเกตการณ์ของเราชี้ให้เห็นว่าความแตกต่างของความรุนแรงของพายุระหว่างซีกโลกใต้และซีกโลกเหนืออาจเกิดจากปัจจัยที่แตกต่างกันสองประการ
ประการแรก การลำเลียงพลังงานจากมหาสมุทร ซึ่งมักเรียกกันว่า “สายพานลำเลียง” น้ำจะจมลงใกล้ขั้วโลกเหนือ ไหลไปตามพื้นมหาสมุทร ขึ้นเหนือรอบแอนตาร์กติกา และไหลกลับขึ้นเหนือตามแนวเส้นศูนย์สูตร พร้อมกับนำพาพลังงานไปด้วย ผลลัพธ์สุดท้ายคือการถ่ายโอนพลังงานจากแอนตาร์กติกาไปยังขั้วโลกเหนือ ทำให้เกิดความแตกต่างของพลังงานระหว่างเส้นศูนย์สูตรและขั้วโลกในซีกโลกใต้มากกว่าในซีกโลกเหนือ ส่งผลให้เกิดพายุรุนแรงในซีกโลกใต้
ปัจจัยที่สองคือภูเขาขนาดใหญ่ในซีกโลกเหนือ ซึ่งงานวิจัยก่อนหน้านี้ของมานาเบะชี้ว่าช่วยบรรเทาพายุ กระแสลมเหนือเทือกเขาขนาดใหญ่ทำให้เกิดจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดคงที่ ซึ่งลดปริมาณพลังงานที่พายุสามารถนำไปใช้ได้
อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ข้อมูลที่สังเกตได้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถยืนยันสาเหตุเหล่านี้ได้ เนื่องจากมีปัจจัยหลายอย่างทำงานและโต้ตอบกันพร้อมๆ กัน นอกจากนี้ เราไม่สามารถแยกสาเหตุแต่ละสาเหตุออกมาเพื่อทดสอบความสำคัญของสาเหตุเหล่านั้นได้
ในการดำเนินการนี้ เราจำเป็นต้องใช้แบบจำลองสภาพอากาศเพื่อศึกษาว่าพายุเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อปัจจัยต่างๆ ถูกนำออกไป
เมื่อเราปรับความเรียบของภูเขาบนโลกในแบบจำลอง ความแตกต่างของความรุนแรงของพายุระหว่างซีกโลกทั้งสองก็ลดลงครึ่งหนึ่ง เมื่อเรานำสายพานลำเลียงของมหาสมุทรออก ความแตกต่างของพายุอีกครึ่งหนึ่งก็หายไป ดังนั้น เราจึงค้นพบคำอธิบายที่ชัดเจนสำหรับพายุในซีกโลกใต้เป็นครั้งแรก
เนื่องจากพายุเกี่ยวข้องกับผลกระทบทางสังคมที่รุนแรง เช่น ลมแรง อุณหภูมิ และปริมาณน้ำฝน คำถามสำคัญที่เราต้องตอบก็คือ พายุในอนาคตจะรุนแรงขึ้นหรืออ่อนลง
รับบทสรุปบทความและบทความสำคัญทั้งหมดจาก Carbon Brief ทางอีเมล ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับจดหมายข่าวของเราได้ที่นี่
รับบทสรุปบทความและบทความสำคัญทั้งหมดจาก Carbon Brief ทางอีเมล ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับจดหมายข่าวของเราได้ที่นี่
เครื่องมือสำคัญในการเตรียมสังคมให้พร้อมรับมือกับผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคือการพยากรณ์โดยอิงจากแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ การศึกษาใหม่ชี้ให้เห็นว่าพายุโดยเฉลี่ยในซีกโลกใต้จะมีความรุนแรงมากขึ้นในช่วงปลายศตวรรษนี้
ในทางกลับกัน คาดว่าการเปลี่ยนแปลงของความรุนแรงเฉลี่ยรายปีของพายุในซีกโลกเหนือจะอยู่ในระดับปานกลาง ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากผลกระทบตามฤดูกาลที่แข่งขันกันระหว่างภาวะโลกร้อนในเขตร้อน ซึ่งทำให้พายุรุนแรงขึ้น และภาวะโลกร้อนอย่างรวดเร็วในอาร์กติก ซึ่งทำให้พายุอ่อนกำลังลง
อย่างไรก็ตาม สภาพภูมิอากาศในปัจจุบันและอนาคตกำลังเปลี่ยนแปลงไป เมื่อพิจารณาการเปลี่ยนแปลงในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา พบว่าพายุโดยเฉลี่ยมีความรุนแรงมากขึ้นตลอดทั้งปีในซีกโลกใต้ ขณะที่การเปลี่ยนแปลงในซีกโลกเหนือแทบไม่มีนัยสำคัญ ซึ่งสอดคล้องกับการคาดการณ์ของแบบจำลองสภาพภูมิอากาศในช่วงเวลาเดียวกัน
แม้ว่าแบบจำลองจะประเมินสัญญาณต่ำกว่าความเป็นจริง แต่ก็บ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นจากเหตุผลทางกายภาพเดียวกัน กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงในมหาสมุทรทำให้เกิดพายุมากขึ้น เนื่องจากน้ำอุ่นเคลื่อนตัวเข้าหาเส้นศูนย์สูตร และน้ำเย็นกว่าจะถูกยกขึ้นสู่ผิวน้ำรอบแอนตาร์กติกาเพื่อแทนที่ ส่งผลให้เกิดความแตกต่างที่ชัดเจนขึ้นระหว่างเส้นศูนย์สูตรและขั้วโลก
ในซีกโลกเหนือ การเปลี่ยนแปลงของมหาสมุทรถูกชดเชยด้วยการสูญเสียของน้ำแข็งและหิมะ ทำให้อาร์กติกดูดซับแสงอาทิตย์มากขึ้น และทำให้ความแตกต่างระหว่างเส้นศูนย์สูตรและขั้วโลกลดน้อยลง
ความเสี่ยงในการได้คำตอบที่ถูกต้องนั้นสูงมาก สิ่งสำคัญสำหรับงานในอนาคตคือการพิจารณาสาเหตุที่แบบจำลองประเมินสัญญาณที่สังเกตได้ต่ำกว่าความเป็นจริง แต่การได้คำตอบที่ถูกต้องด้วยเหตุผลทางกายภาพที่ถูกต้องก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน
Xiao, T. et al. (2022) พายุในซีกโลกใต้เนื่องจากลักษณะภูมิประเทศและการหมุนเวียนของมหาสมุทร การดำเนินการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกา doi: 10.1073/pnas.2123512119
รับบทสรุปบทความและบทความสำคัญทั้งหมดจาก Carbon Brief ทางอีเมล ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับจดหมายข่าวของเราได้ที่นี่
รับบทสรุปบทความและบทความสำคัญทั้งหมดจาก Carbon Brief ทางอีเมล ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับจดหมายข่าวของเราได้ที่นี่
เผยแพร่ภายใต้ใบอนุญาต CC คุณสามารถทำซ้ำเนื้อหาที่ไม่ได้ดัดแปลงทั้งหมดเพื่อการใช้งานที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ได้ โดยมีลิงก์ไปยัง Carbon Brief และลิงก์ไปยังบทความ โปรดติดต่อเราหากต้องการใช้งานเชิงพาณิชย์