为什么南半球风暴发生更为强烈？
2023-02-19 19:45阅读：
几个世纪前，当人们开始有能力通过航海周游世界时，就曾发现在南半球遇到风暴和极端天气要比在北半球遇到的明显要强，船被风暴掀翻的概率也较北半球要大，无论是水手还是乘客，都有这样的体会。尽管如此，这还只能是经验之谈，是否南半球发生的风暴真的比北半球更强，并没有定量化的数据支持。早期，多数气象观测资料都是基于陆基的，在大洋上获取的稀少船舶资料难以做出全球风暴强度的完整比较分析。直到上世纪60年代后，气象卫星的发展使全球天气系统的监测成为可能，特别是进入1980年代后，通过气象卫星观测逐步可以提供全面分析全球海洋天气系统特征的定量化信息，气象学家通过分析给出的结论证实了以往水手们的观察，即南半球每年发生的风暴比北半球平均强度要高约24%，但对这种差异产生的原因一直没有给出明确结论。
近期，由美国芝加哥大学气候科学家蒂芙尼·肖（Tiffany
Shaw）领导的一个研究项目为这一现象首次做出了具体解释。肖和她的同事在研究中发现了引发南北半球风暴差异两个主要诱因：海洋环流和大尺度山脉地形。同时该研究还发现，自1980年代以来，南北半球风暴不对称性趋势有所增加，这一变化与基于气候模式做出的气候变化预测表现出了一致性。（见2022年12月美国国家科学院院刊PNAS）
肖的研究团队希望从基本观测
、物理机理和气候模型等几个角度做出一致性的结果。首先通过建立基于物理原理的气候模型，包括了大气和海洋过程，对全球气候进行模拟，结果显示南半球风暴强度较北半球要高出
23%，与实际观测基本一致，即南北半球风暴强度的不对称性。有了这一结果，就可以对其成因做进一步分析，通过对模式中的物理过程做不同的假定，进行模拟分析。
在对地形影响进行分析时，需要将模式中的大型山脉全部去除后进行新的模拟计算，这一调整改变了大气环流能量通量，从而可以发现南北半球的风暴差异消失了约50%，即23%的差异由地形承担了12%。由于北半球的山脉明显多于南半球，可以解释山脉对气流的影响在产生这一差异中起到了显著作用。
另一项在模拟假定试验中产生了明显效果的因子是海洋环流。海洋在南北半球从热带向极地输送能量，同时还通过大洋翻转环流（Ocean
Overturning
Circulation）穿越赤道将能量从南半球输送到北半球，使能量向北极汇集，导致北半球表面能量通量从赤道到极地的不平衡性较弱，而在南半球则不会发生。海洋能量传输的半球不对称性在大气能量收支上表现为表面能量通量的半球不对称性，最终使南半球具备更有利于风暴发生的不稳定条件。当研究人员将这条能量输送带切断后，可以发现额外的50%南北半球风暴差异基本消失了，海洋环流承担了11%，从而验证了洋流能量输送差异对风暴产生频率的影响，海洋环流和地形为两半球风暴差异做出了几乎相等的贡献。
回答了南半球风暴产生频率差异原因这一基本问题后，研究组又继续探究了自掌握有完整资料以来，南北半球风暴的差异性是否存在趋势性变化，并得到了有价值的成果。通过分析过去几十年的气象卫星观测结果，可以发现，自20世纪80年代以来，风暴不对称性有所增加，具体表现为南半球发生的风暴数呈现增加趋势，而北半球的变化则可以忽略不计。
究其原因，南半球风暴增多的原因主要还是受海洋状况变化的影响，而同样的影响也发生在北半球，但由于受到北半球大量积雪和海冰融化影响，地表对阳光吸收率随之改变，与海洋的影响相互抵消。这一结论在政府间气候变化专门委员会（IPCC）给出的评估报告也可以得到验证，用于预测气候变化的模式进行模拟计算，显示了相同的信号，即南半球的风暴越来越多，北半球没有显著变化。
通过肖领导的团队对这一问题开展的研究过程及得出的结论，可以看到大气运动与海洋、陆地相互作用后所产生的变化，而建立能量分析框架可以合理解释这一变化过程的机理，对于理解和预测随着气候变化加速将会导致地球系统产生怎样的连锁反应至关重要，有助于了解气候变化背后的物理机制及对人类活动的响应过程，从而也可以验证气候模式对现有状况是否给出了正确的信息，这是对模式预测未来能力的基本检验。尽管研究复杂的气候系统问题存在许多困难，地球各圈层本身的变化和相互作用都具有不确定性，但努力通过与事实相符和合乎逻辑的分析给出正确的解释至关重要。
