El Hemisferio Sur es un lugar muy tormentoso. Los vientos en diferentes grados de latitud se describen como “cuarenta rugientes”, “cincuenta furiosos” y “sesenta gritando”. Las alturas de las olas del océano pueden alcanzar la asombrosa cifra de 24 metros (78 pies).
Es bien sabido que el hemisferio norte no tiene nada comparable a las tormentas, vientos y olas extremas del sur. ¿Por qué?
En un nuevo estudio, publicado en ‘Proceedings of the National Academy of Sciences‘, mis coautores y yo desentrañamos por qué el hemisferio sur es más tormentoso que su vecino del norte.
Combinando múltiples líneas de evidencia de observaciones, teoría y modelos climáticos, nuestros hallazgos apuntan al papel fundamental del «cinturón transportador» oceánico global y las grandes cadenas montañosas en el hemisferio norte.
También mostramos que el hemisferio sur se está volviendo aún más tormentoso con el tiempo, mientras que el norte no. Esto es consistente con lo que simulan los modelos climáticos para un mundo en calentamiento.
Estos cambios son importantes porque sabemos que las tormentas más intensas pueden provocar eventos de mayor impacto, como vientos, temperaturas y precipitaciones extremos.
Una historia de dos hemisferios
Durante mucho tiempo, la mayoría de las observaciones meteorológicas en la Tierra se realizaron en tierra. Esto dio a los científicos una imagen clara de las tormentas en el hemisferio norte. Sin embargo, para el hemisferio sur, que tiene alrededor del 20% de superficie de tierra, no fue hasta el advenimiento de las observaciones satelitales a fines de la década de 1970 que obtuvimos una imagen clara de las tormentas allí.
Gracias a décadas de observaciones desde el comienzo de la era de los satélites, sabemos que el hemisferio sur es aproximadamente un 24 % más tormentoso que el hemisferio norte.
Esto se ilustra con los mapas a continuación, que muestran la tormenta promedio anual observada en el hemisferio sur (arriba), el hemisferio norte (medio) y la diferencia entre los dos (abajo) para 1980-2018. (Tenga en cuenta que el polo sur está en la parte superior del primer mapa y la comparación en el último mapa).
Los mapas muestran que los niveles de tormentas son consistentemente altos en todo el Océano Antártico en el hemisferio sur y se concentran en los océanos Pacífico y Atlántico en el norte (sombreado naranja). El mapa de diferencias muestra que el hemisferio sur es más tormentoso que el norte en la mayoría de las latitudes (sombreado naranja).
Fuente: Shaw et al. (2022).
Diferencia de energía
A pesar de varias teorías diferentes, nadie había proporcionado una explicación clara de esta diferencia en la tempestad entre los dos hemisferios.
Puede parecer una tarea desalentadora poder averiguar por qué. ¿Cómo se puede entender un sistema tan complejo como la atmósfera, que se extiende por miles de kilómetros? No podemos poner la Tierra en un frasco y estudiarla. Sin embargo, este es exactamente el trabajo de los científicos que estudian la física del clima. Aplicamos las leyes de la física y las usamos para comprender la atmósfera y el clima de la Tierra.
El ejemplo más famoso de este enfoque es el trabajo pionero del Dr. Syukuro Manabe, quien recibió conjuntamente el premio Nobel de Física en 2021 por «predecir de manera confiable el calentamiento global«. Su predicción se basó en modelos basados en la física del clima de la Tierra, comenzando desde el modelo 1D más simple de temperatura, hasta llegar a un modelo 3D completo. Examinó la respuesta del clima al aumento de los niveles de CO2 atmosférico en los modelos de diferente complejidad física y rastreó las señales emergentes hasta la física subyacente.
Para desentrañar el caso del hemisferio sur más tormentoso, reunimos múltiples líneas de evidencia, incluso de un modelo climático basado en la física. Como primer paso, examinamos las observaciones desde la perspectiva de cómo se distribuye la energía en la Tierra.
Debido a que la Tierra es una esfera, no recibe la radiación solar del Sol de manera uniforme en toda su superficie. La mayor parte de la energía se recibe y absorbe en el ecuador, donde los rayos del Sol golpean la superficie más directamente. En comparación, se recibe menos energía en los polos, donde los rayos inciden en un ángulo pronunciado.
Décadas de investigación muestran que las tormentas derivan su fuerza de esta diferencia de energía. En esencia, convierten la energía «estática» almacenada en esta diferencia en energía «cinética» de movimiento. Esta conversión se produce a través de un proceso denominado “inestabilidad baroclínica”.
Esta perspectiva sugiere que la luz solar entrante no puede explicar el hemisferio sur más tormentoso porque los dos hemisferios reciben la misma cantidad. En cambio, nuestro análisis observacional sugiere que la diferente intensidad de las tormentas en el sur frente al norte probablemente esté relacionada con dos factores diferentes.
Primero, el transporte de energía por el océano, que a menudo se describe como una “cinta transportadora”. El agua se hunde cerca del Ártico, viaja por el fondo del océano, se eleva alrededor de la Antártida y fluye de regreso hacia el norte a lo largo del ecuador, trayendo consigo energía. El efecto neto es que la energía se aleja de la Antártida y se dirige hacia el Ártico. Esto deja un mayor contraste de energía entre el ecuador y el polo en el sur que en el norte, lo que contribuye a un hemisferio sur más tormentoso.
El segundo factor son las grandes montañas en el hemisferio norte, que, como habían insinuado los primeros trabajos de Manabe, reprimen las tormentas. El flujo de aire sobre grandes cadenas montañosas crea altas y bajas estacionarias que dejan menos energía disponible para las tormentas.
Sin embargo, el análisis de los datos observados por sí solo no puede confirmar estas causas porque demasiados factores están operando e interactuando al mismo tiempo. Además, no podemos eliminar las causas individuales para probar su importancia.
Para esto, necesitamos usar modelos climáticos para examinar cómo cambian las tormentas cuando se eliminan diferentes factores.
Cuando aplanamos las montañas de la Tierra en las simulaciones del modelo, la diferencia de tormentas entre los hemisferios se redujo a la mitad. Cuando quitamos la cinta transportadora del océano, la otra mitad de la diferencia de tormentas desapareció. Así, habíamos revelado la primera explicación concreta para el hemisferio sur más tormentoso.
¿Tempestades más fuertes o más débiles?
Dado que las tormentas se asocian con impactos sociales significativos, como eventos extremos de viento, temperatura y lluvia, una pregunta importante que debemos responder es si las tormentas serán más fuertes o más débiles en el futuro.
Una herramienta clave para preparar a la sociedad para los impactos del cambio climático es proporcionar proyecciones a partir de modelos climáticos. La investigación más reciente sugiere que, en promedio durante todo el año, el hemisferio sur se volverá más tormentoso en promedio para fines de siglo.
Por el contrario, se espera que los cambios en la tormenta media anual en el hemisferio norte sean moderados. Esto se debe en parte a las influencias estacionales que compiten entre el calentamiento de los trópicos, que haría que las tormentas fueran más fuertes, y el rápido calentamiento en el Ártico, que haría que las tormentas fueran más débiles.
Sin embargo, el clima está cambiando aquí y ahora. Cuando examinamos los cambios en las últimas décadas, encontramos que el hemisferio sur se está volviendo aún más tormentoso en promedio durante todo el año y el cambio en el hemisferio norte es insignificante, de acuerdo con los pronósticos del modelo climático para el mismo período de tiempo.
Si bien los modelos subestiman la señal, señalan los cambios que ocurren por las mismas razones físicas. Es decir, los cambios en el océano aumentan las tormentas porque el agua caliente se mueve hacia el ecuador y el agua más fría se lleva a la superficie alrededor de la Antártida para reemplazarla, lo que conduce a un contraste más fuerte entre el ecuador y el polo.
En el hemisferio norte, los cambios oceánicos se compensan con la pérdida de hielo marino y nieve, lo que conduce a una mayor absorción de luz solar en el Ártico y a un contraste más débil entre el ecuador y los polos.
Hay mucho en juego para obtener la respuesta correcta. Es importante para el trabajo futuro determinar por qué los modelos subestiman la señal en las observaciones, pero es igual de importante obtener la respuesta correcta por las razones físicas correctas.
El paper
Shaw, T. et al. (2022) Stormier southern hemisphere induced by topography and ocean circulation, Proceedings of the National Academy of Sciences, doi:10.1073/pnas.2123512119
Fuente: Carbon Brief
Artículo original: ‘Why the southern hemisphere is stormier than the northern‘. Prof Tiffany Shaw, December 12, 2022.
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