Много лет спустя ученые, изучающие спутниковые данные, смогли, наконец, подкрепить интуицию моряков цифрами: Южное полушарие действительно более штормовое, чем Северное — 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 асимметрия штормов увеличилась с начала спутниковой эры в 1980-х годах, и согласуется с прогнозами изменения климата на основе физических моделей.

"Землю нельзя поместить в банку"

Долгое время мы мало знали о Южном полушарии, потому что наблюдаем за погодой в основном с суши, а в Южном полушарии гораздо больше океана, чем в Северном. С появлением спутниковых глобальных наблюдений в 1980-х годах ученые смогли оценить, насколько велики различия. Южное полушарие отличается более сильным реактивным течением и более интенсивными погодными явлениями.

Информации было много, однако никто не мог найти окончательного объяснения этой асимметрии. Тиффани Шоу вместе с Осаму Мияваки из Национального центра атмосферных исследований и Аароном Донохью из Вашингтонского университета имели несколько основанных на предыдущих исследованиях гипотез, но хотели пойти дальше. Это означало объединение нескольких линий доказательств, основанных на наблюдениях, теории и физическом моделировании климата Земли.

"Землю нельзя поместить в банку, — объясняет Шоу, — поэтому  мы используем климатические модели, построенные на законах физики, и проводим эксперименты для проверки наших гипотез".

За основу ученые взяли численную модель климата Земли, построенную на законах физики, которая воспроизводила наблюдения. Затем они по одной  удаляли разные переменные и оценивали влияние каждой из них на штормы.

Первой переменной, которую они протестировали, была топография. Большие горные хребты нарушают поток воздуха таким образом, что штормы уменьшаются, 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 опускается в Арктике, движется по дну океана, поднимается у Антарктиды и затем течет 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 штормов тоже исчезла.

Штормы усиливаются

Ответив на фундаментальный вопрос о том, почему Южное полушарие более штормовое, исследователи перешли к изучению того, как изменился штормовой режим с тех пор, как мы смогли его 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 теперь штормит еще больше, тогда как в среднем в Северном полушарии изменение было незначительным.

Изменения штормового режима в Южном полушарии были связаны с переменами в океане. Ученые обнаружили, что подобное влияние океана наблюдается и в Северном полушарии, но его эффект нивелируется поглощением солнечного света из-за потери морского льда и снега.

Ученые обнаружили, что модели, используемые для прогнозирования изменения климата в рамках оценочного отчета Межправительственной группы экспертов по изменению климата, были такими же — усиление штормов в Южном полушарии и незначительные изменения в Северном — что служит важной независимой проверкой точности 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 климатические и погодные модели, основанные на физических данных (основной вклад в эту работу внес в Чикагском университете профессор Карл-Густав Россби).

Глубокое понимание физических механизмов, лежащих в основе климата, и его реакции на изменения, вызванные деятельностью человека, имеют решающее значение для прогнозирования и понимания того, что произойдет по мере ускорения изменения климата.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.