ศาสตราจารย์ทิฟฟานี่ ชอว์ ศาสตราจารย์ภาควิชาธรณีวิทยา มหาวิทยาลัยชิคาโก
ซีกโลกใต้เป็นสถานที่ที่ลมกรรโชกแรงมาก ลมในละติจูดต่างๆ กันมีระดับความแรงถึง "40 องศา" "50 องศาฟาเรนไฮต์" และ "60 องศาฟาเรนไฮต์" คลื่นสูงถึง 78 ฟุต (24 เมตร)
อย่างที่เราทราบกันดีว่า ไม่มีอะไรในซีกโลกเหนือที่จะเทียบได้กับพายุรุนแรง ลมแรง และคลื่นในซีกโลกใต้ เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น?
ในการศึกษาวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences ฉันและเพื่อนร่วมงานได้ค้นพบว่าเหตุใดพายุจึงเกิดขึ้นบ่อยในซีกโลกใต้มากกว่าซีกโลกเหนือ
ผลลัพธ์ของเราที่รวบรวมหลักฐานจากการสังเกต ทฤษฎี และโมเดลสภาพภูมิอากาศหลายๆ ประการ ชี้ให้เห็นถึงบทบาทพื้นฐานของ "สายพานลำเลียง" มหาสมุทรทั่วโลกและภูเขาขนาดใหญ่ในซีกโลกเหนือ
นอกจากนี้ เรายังแสดงให้เห็นด้วยว่า เมื่อเวลาผ่านไป พายุในซีกโลกใต้มีความรุนแรงมากขึ้น ในขณะที่พายุในซีกโลกเหนือกลับไม่รุนแรงเท่า ซึ่งสอดคล้องกับแบบจำลองสภาพภูมิอากาศของภาวะโลกร้อน
การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีความสำคัญ เนื่องจากเราทราบดีว่าพายุที่รุนแรงมากขึ้นอาจส่งผลกระทบรุนแรงยิ่งขึ้น เช่น ลมแรง อุณหภูมิสูง และฝนตกหนัก
เป็นเวลานานแล้วที่การสังเกตสภาพอากาศบนโลกส่วนใหญ่มักทำบนพื้นดิน ซึ่งทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์สามารถเห็นภาพพายุในซีกโลกเหนือได้อย่างชัดเจน อย่างไรก็ตาม ในซีกโลกใต้ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ประมาณร้อยละ 20 ของพื้นดินนั้น เรายังไม่สามารถมองเห็นภาพพายุได้อย่างชัดเจน จนกระทั่งการสังเกตการณ์ผ่านดาวเทียมเริ่มมีขึ้นในช่วงปลายทศวรรษปี 1970
จากการสังเกตการณ์หลายทศวรรษนับตั้งแต่เริ่มมียุคดาวเทียม เราทราบว่าพายุในซีกโลกใต้มีความรุนแรงมากกว่าพายุในซีกโลกเหนือประมาณ 24 เปอร์เซ็นต์
สิ่งนี้แสดงอยู่ในแผนที่ด้านล่าง ซึ่งแสดงความเข้มข้นของพายุเฉลี่ยรายปีที่สังเกตได้สำหรับซีกโลกใต้ (ด้านบน) ซีกโลกเหนือ (ตรงกลาง) และความแตกต่างระหว่างทั้งสอง (ด้านล่าง) ตั้งแต่ปี 1980 ถึงปี 2018 (โปรดทราบว่าขั้วโลกใต้อยู่ที่ด้านบนสุดของการเปรียบเทียบระหว่างแผนที่แรกและแผนที่สุดท้าย)
แผนที่แสดงความรุนแรงของพายุที่สูงอย่างต่อเนื่องในมหาสมุทรใต้ในซีกโลกใต้ และความเข้มข้นของพายุในมหาสมุทรแปซิฟิกและมหาสมุทรแอตแลนติก (แรเงาสีส้ม) ในซีกโลกเหนือ แผนที่ความแตกต่างแสดงให้เห็นว่าพายุในซีกโลกใต้มีความรุนแรงมากกว่าในซีกโลกเหนือ (แรเงาสีส้ม) ในละติจูดส่วนใหญ่
แม้ว่าจะมีทฤษฎีต่างๆ มากมาย แต่ยังไม่มีใครให้คำอธิบายที่แน่ชัดเกี่ยวกับความแตกต่างของพายุระหว่างซีกโลกทั้งสอง
การหาสาเหตุดูเหมือนจะเป็นงานที่ยาก เราจะเข้าใจระบบอันซับซ้อนที่กินพื้นที่หลายพันกิโลเมตรอย่างบรรยากาศได้อย่างไร เราไม่สามารถนำโลกใส่ขวดโหลแล้วศึกษาได้ อย่างไรก็ตาม นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาฟิสิกส์เกี่ยวกับสภาพอากาศกำลังทำอยู่ เราใช้กฎของฟิสิกส์และใช้มันเพื่อทำความเข้าใจบรรยากาศและสภาพอากาศของโลก
ตัวอย่างที่โด่งดังที่สุดของแนวทางนี้คือผลงานบุกเบิกของดร. ชูโระ มานาเบะ ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2021 "จากการคาดการณ์ภาวะโลกร้อนที่เชื่อถือได้" การคาดการณ์ดังกล่าวอิงตามแบบจำลองทางกายภาพของสภาพอากาศของโลก ตั้งแต่แบบจำลองอุณหภูมิแบบมิติเดียวที่ง่ายที่สุดไปจนถึงแบบจำลองสามมิติที่สมบูรณ์แบบ แนวทางดังกล่าวศึกษาการตอบสนองของสภาพอากาศต่อระดับคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศผ่านแบบจำลองที่มีความซับซ้อนทางกายภาพที่หลากหลาย และติดตามสัญญาณที่เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์ทางกายภาพพื้นฐาน
เพื่อทำความเข้าใจพายุในซีกโลกใต้ให้มากขึ้น เราได้รวบรวมหลักฐานหลายชุด รวมถึงข้อมูลจากแบบจำลองภูมิอากาศที่อิงตามหลักฟิสิกส์ ในขั้นตอนแรก เราจะศึกษาการสังเกตในแง่ของการกระจายพลังงานไปทั่วโลก
เนื่องจากโลกเป็นทรงกลม พื้นผิวจึงได้รับรังสีดวงอาทิตย์ไม่เท่ากัน พลังงานส่วนใหญ่จะได้รับและดูดซับที่เส้นศูนย์สูตร ซึ่งรังสีดวงอาทิตย์จะตกกระทบพื้นผิวโดยตรง ในทางตรงกันข้าม ขั้วที่แสงตกกระทบในมุมชันจะได้รับพลังงานน้อยกว่า
งานวิจัยหลายสิบปีแสดงให้เห็นว่าความแรงของพายุเกิดจากความแตกต่างของพลังงาน โดยพื้นฐานแล้ว พายุจะแปลงพลังงาน "สถิต" ที่เก็บไว้ในความแตกต่างนี้ให้เป็นพลังงาน "จลน์" ของการเคลื่อนที่ การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่า "ความไม่เสถียรของบรรยากาศ"
มุมมองนี้แสดงให้เห็นว่าแสงแดดที่ตกกระทบไม่สามารถอธิบายจำนวนพายุที่มากกว่าในซีกโลกใต้ได้ เนื่องจากทั้งสองซีกโลกได้รับแสงแดดในปริมาณเท่ากัน ในทางกลับกัน การวิเคราะห์เชิงสังเกตของเราแสดงให้เห็นว่าความแตกต่างของความรุนแรงของพายุระหว่างซีกโลกใต้และซีกโลกเหนืออาจเกิดจากปัจจัยที่แตกต่างกันสองประการ
ประการแรก การลำเลียงพลังงานจากมหาสมุทร ซึ่งมักเรียกกันว่า “สายพานลำเลียง” น้ำจะจมลงใกล้ขั้วโลกเหนือ ไหลไปตามพื้นมหาสมุทร ขึ้นเหนือไปรอบๆ แอนตาร์กติกา แล้วไหลกลับขึ้นไปทางเหนือตามแนวเส้นศูนย์สูตร โดยพาพลังงานไปด้วย ผลลัพธ์ที่ได้คือการถ่ายโอนพลังงานจากแอนตาร์กติกาไปยังขั้วโลกเหนือ ทำให้เกิดความแตกต่างของพลังงานที่มากขึ้นระหว่างเส้นศูนย์สูตรและขั้วโลกในซีกโลกใต้มากกว่าในซีกโลกเหนือ ส่งผลให้เกิดพายุรุนแรงในซีกโลกใต้
ปัจจัยที่สองคือภูเขาขนาดใหญ่ในซีกโลกเหนือ ซึ่งงานก่อนหน้านี้ของมานาเบะแนะนำว่าจะทำให้พายุลดความรุนแรงลง กระแสลมเหนือเทือกเขาขนาดใหญ่สร้างจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดคงที่ ซึ่งทำให้ปริมาณพลังงานที่มีสำหรับพายุลดลง
อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ข้อมูลที่สังเกตได้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถยืนยันสาเหตุเหล่านี้ได้ เนื่องจากมีปัจจัยมากเกินไปที่ทำงานและโต้ตอบกันพร้อมๆ กัน นอกจากนี้ เราไม่สามารถแยกสาเหตุแต่ละสาเหตุออกไปเพื่อทดสอบความสำคัญของสาเหตุเหล่านั้นได้
ในการดำเนินการนี้ เราจำเป็นต้องใช้แบบจำลองสภาพอากาศเพื่อศึกษาว่าพายุเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อปัจจัยต่างๆ ถูกกำจัดออกไป
เมื่อเราปรับภูเขาของโลกให้เรียบขึ้นในการจำลอง ความแตกต่างของความรุนแรงของพายุระหว่างซีกโลกทั้งสองก็ลดลงครึ่งหนึ่ง เมื่อเราเอาสายพานลำเลียงของมหาสมุทรออก ความแตกต่างของพายุอีกครึ่งหนึ่งก็หายไป ดังนั้น เราจึงค้นพบคำอธิบายที่ชัดเจนสำหรับพายุในซีกโลกใต้เป็นครั้งแรก
เนื่องจากพายุเกี่ยวข้องกับผลกระทบทางสังคมที่รุนแรง เช่น ลมแรง อุณหภูมิ และปริมาณน้ำฝน คำถามสำคัญที่เราต้องตอบก็คือ พายุในอนาคตจะรุนแรงขึ้นหรืออ่อนลง
รับบทสรุปที่คัดสรรจากบทความและเอกสารสำคัญทั้งหมดจาก Carbon Brief ทางอีเมล ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับจดหมายข่าวของเราได้ที่นี่
รับบทสรุปที่คัดสรรจากบทความและเอกสารสำคัญทั้งหมดจาก Carbon Brief ทางอีเมล ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับจดหมายข่าวของเราได้ที่นี่
เครื่องมือสำคัญในการเตรียมความพร้อมให้สังคมรับมือกับผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคือการจัดทำการคาดการณ์โดยอิงตามแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ การศึกษาวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าพายุโดยเฉลี่ยในซีกโลกใต้จะมีความรุนแรงมากขึ้นในช่วงปลายศตวรรษนี้
ในทางกลับกัน คาดว่าการเปลี่ยนแปลงของความรุนแรงเฉลี่ยรายปีของพายุในซีกโลกเหนือจะอยู่ในระดับปานกลาง ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากผลกระทบตามฤดูกาลที่แข่งขันกันระหว่างการอุ่นขึ้นในเขตร้อน ซึ่งทำให้พายุรุนแรงขึ้น และการอุ่นขึ้นอย่างรวดเร็วในอาร์กติก ซึ่งทำให้พายุอ่อนลง
อย่างไรก็ตาม สภาพอากาศในปัจจุบันกำลังเปลี่ยนแปลงไป เมื่อเราพิจารณาการเปลี่ยนแปลงในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา พบว่าพายุโดยเฉลี่ยมีความรุนแรงมากขึ้นตลอดทั้งปีในซีกโลกใต้ ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงในซีกโลกเหนือมีเพียงเล็กน้อย ซึ่งสอดคล้องกับการคาดการณ์ของแบบจำลองสภาพอากาศในช่วงเวลาเดียวกัน
แม้ว่าแบบจำลองจะประเมินสัญญาณต่ำเกินไป แต่แบบจำลองก็บ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นจากเหตุผลทางกายภาพเดียวกัน นั่นคือ การเปลี่ยนแปลงในมหาสมุทรทำให้เกิดพายุมากขึ้น เนื่องจากน้ำอุ่นเคลื่อนตัวไปทางเส้นศูนย์สูตร และน้ำที่เย็นกว่าจะถูกดึงมาที่พื้นผิวโดยรอบแอนตาร์กติกาเพื่อแทนที่ ส่งผลให้มีความแตกต่างที่ชัดเจนมากขึ้นระหว่างเส้นศูนย์สูตรและขั้วโลก
ในซีกโลกเหนือ การเปลี่ยนแปลงของมหาสมุทรถูกชดเชยด้วยการสูญเสียของน้ำแข็งและหิมะ ทำให้อาร์กติกดูดซับแสงอาทิตย์มากขึ้น และทำให้ความแตกต่างระหว่างเส้นศูนย์สูตรและขั้วโลกลดน้อยลง
ความเสี่ยงในการได้รับคำตอบที่ถูกต้องนั้นสูงมาก สิ่งสำคัญสำหรับงานในอนาคตคือการพิจารณาว่าทำไมโมเดลจึงประเมินสัญญาณที่สังเกตได้ต่ำกว่าความเป็นจริง แต่การได้รับคำตอบที่ถูกต้องด้วยเหตุผลทางกายภาพที่ถูกต้องก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน
Xiao, T. et al. (2022) พายุในซีกโลกใต้เนื่องจากลักษณะภูมิประเทศและการหมุนเวียนของมหาสมุทร Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, doi: 10.1073/pnas.2123512119
รับบทสรุปที่คัดสรรจากบทความและเอกสารสำคัญทั้งหมดจาก Carbon Brief ทางอีเมล ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับจดหมายข่าวของเราได้ที่นี่
รับบทสรุปที่คัดสรรจากบทความและเอกสารสำคัญทั้งหมดจาก Carbon Brief ทางอีเมล ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับจดหมายข่าวของเราได้ที่นี่
เผยแพร่ภายใต้ใบอนุญาต CC คุณสามารถผลิตซ้ำเนื้อหาที่ไม่ได้ดัดแปลงทั้งหมดเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ โดยต้องมีลิงก์ไปยัง Carbon Brief และลิงก์ไปยังบทความ โปรดติดต่อเราหากต้องการใช้ในเชิงพาณิชย์