प्रोफेसर टिफ़नी शॉ, प्रोफेसर, भूविज्ञान विभाग, शिकागो विश्वविद्यालय
दक्षिणी गोलार्ध बहुत ही अशांत जगह है। विभिन्न अक्षांशों पर हवाओं को "गर्जनशील चालीस डिग्री", "उग्र पचास डिग्री" और "चीखने वाले साठ डिग्री" के रूप में वर्णित किया गया है। लहरें 78 फीट (24 मीटर) तक पहुँचती हैं।
जैसा कि हम सभी जानते हैं, उत्तरी गोलार्ध में कुछ भी दक्षिणी गोलार्ध में भयंकर तूफान, हवा और लहरों से मेल नहीं खा सकता। क्यों?
नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज की कार्यवाही में प्रकाशित एक नए अध्ययन में, मेरे सहकर्मियों और मैंने यह पता लगाया है कि उत्तरी गोलार्ध की तुलना में दक्षिणी गोलार्ध में तूफान अधिक क्यों आते हैं।
अवलोकनों, सिद्धांत और जलवायु मॉडल से प्राप्त साक्ष्यों के संयोजन से, हमारे परिणाम वैश्विक महासागरीय "कन्वेयर बेल्ट" और उत्तरी गोलार्ध में बड़े पर्वतों की मौलिक भूमिका की ओर इशारा करते हैं।
हम यह भी दिखाते हैं कि समय के साथ दक्षिणी गोलार्ध में तूफान अधिक तीव्र होते गए, जबकि उत्तरी गोलार्ध में नहीं। यह ग्लोबल वार्मिंग के जलवायु मॉडल मॉडलिंग के अनुरूप है।
ये परिवर्तन इसलिए महत्वपूर्ण हैं क्योंकि हम जानते हैं कि अधिक शक्तिशाली तूफानों से अधिक गंभीर प्रभाव उत्पन्न हो सकते हैं, जैसे अत्यधिक हवाएं, तापमान और वर्षा।
लंबे समय तक, पृथ्वी पर मौसम के अधिकांश अवलोकन भूमि से किए गए थे। इससे वैज्ञानिकों को उत्तरी गोलार्ध में तूफान की स्पष्ट तस्वीर मिली। हालाँकि, दक्षिणी गोलार्ध में, जो भूमि के लगभग 20 प्रतिशत हिस्से को कवर करता है, हमें तूफानों की स्पष्ट तस्वीर तब तक नहीं मिली जब तक कि 1970 के दशक के अंत में उपग्रह अवलोकन उपलब्ध नहीं हो गए।
उपग्रह युग की शुरुआत से लेकर अब तक के दशकों के अवलोकन से हम जानते हैं कि दक्षिणी गोलार्ध में आने वाले तूफान उत्तरी गोलार्ध की तुलना में लगभग 24 प्रतिशत अधिक शक्तिशाली होते हैं।
यह नीचे दिए गए मानचित्र में दिखाया गया है, जो 1980 से 2018 तक दक्षिणी गोलार्ध (शीर्ष), उत्तरी गोलार्ध (केंद्र) और उनके बीच अंतर (नीचे) के लिए देखी गई औसत वार्षिक तूफान की तीव्रता को दर्शाता है। (ध्यान दें कि पहले और अंतिम मानचित्रों के बीच तुलना में दक्षिणी ध्रुव सबसे ऊपर है।)
यह मानचित्र दक्षिणी गोलार्ध में दक्षिणी महासागर में तूफानों की लगातार उच्च तीव्रता और उत्तरी गोलार्ध में प्रशांत और अटलांटिक महासागरों (नारंगी रंग में छायांकित) में उनकी सांद्रता को दर्शाता है। अंतर मानचित्र दर्शाता है कि अधिकांश अक्षांशों पर उत्तरी गोलार्ध (नारंगी रंग में छायांकित) की तुलना में दक्षिणी गोलार्ध में तूफान अधिक शक्तिशाली होते हैं।
यद्यपि कई अलग-अलग सिद्धांत हैं, लेकिन कोई भी दोनों गोलार्धों के बीच तूफानों में अंतर के लिए कोई निश्चित स्पष्टीकरण नहीं दे पाया है।
कारणों का पता लगाना एक कठिन काम लगता है। वायुमंडल जैसी हज़ारों किलोमीटर तक फैली इतनी जटिल प्रणाली को कैसे समझा जाए? हम पृथ्वी को एक जार में रखकर उसका अध्ययन नहीं कर सकते। हालाँकि, जलवायु के भौतिकी का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिक यही कर रहे हैं। हम भौतिकी के नियमों को लागू करते हैं और उनका उपयोग पृथ्वी के वायुमंडल और जलवायु को समझने के लिए करते हैं।
इस दृष्टिकोण का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण डॉ. शूरो मनाबे का अग्रणी कार्य है, जिन्हें "ग्लोबल वार्मिंग की उनकी विश्वसनीय भविष्यवाणी के लिए" भौतिकी में 2021 का नोबेल पुरस्कार मिला। इसकी भविष्यवाणियाँ पृथ्वी की जलवायु के भौतिक मॉडलों पर आधारित हैं, जो सबसे सरल एक-आयामी तापमान मॉडल से लेकर पूर्ण-विकसित त्रि-आयामी मॉडल तक हैं। यह अलग-अलग भौतिक जटिलता वाले मॉडलों के माध्यम से वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड के बढ़ते स्तरों पर जलवायु की प्रतिक्रिया का अध्ययन करता है और अंतर्निहित भौतिक घटनाओं से उभरते संकेतों की निगरानी करता है।
दक्षिणी गोलार्ध में और अधिक तूफानों को समझने के लिए, हमने भौतिकी-आधारित जलवायु मॉडल से डेटा सहित कई साक्ष्य एकत्र किए हैं। पहले चरण में, हम पृथ्वी पर ऊर्जा के वितरण के संदर्भ में अवलोकनों का अध्ययन करते हैं।
चूँकि पृथ्वी एक गोलाकार है, इसलिए इसकी सतह पर सूर्य से असमान रूप से सौर विकिरण प्राप्त होता है। अधिकांश ऊर्जा भूमध्य रेखा पर प्राप्त और अवशोषित होती है, जहाँ सूर्य की किरणें सतह पर अधिक सीधे पड़ती हैं। इसके विपरीत, ध्रुवों पर जहाँ प्रकाश तीव्र कोण पर पड़ता है, वहाँ कम ऊर्जा प्राप्त होती है।
दशकों के शोध से पता चला है कि तूफान की ताकत ऊर्जा में इस अंतर से आती है। अनिवार्य रूप से, वे इस अंतर में संग्रहीत “स्थिर” ऊर्जा को गति की “गतिज” ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। यह परिवर्तन “बैरोक्लिनिक अस्थिरता” नामक प्रक्रिया के माध्यम से होता है।
यह दृष्टिकोण बताता है कि घटना सूर्य की रोशनी दक्षिणी गोलार्ध में तूफानों की अधिक संख्या की व्याख्या नहीं कर सकती है, क्योंकि दोनों गोलार्धों को समान मात्रा में सूर्य की रोशनी मिलती है। इसके बजाय, हमारे अवलोकन विश्लेषण से पता चलता है कि दक्षिण और उत्तर के बीच तूफान की तीव्रता में अंतर दो अलग-अलग कारकों के कारण हो सकता है।
सबसे पहले, महासागरीय ऊर्जा का परिवहन, जिसे अक्सर "कन्वेयर बेल्ट" कहा जाता है। उत्तरी ध्रुव के पास पानी डूबता है, समुद्र तल के साथ बहता है, अंटार्कटिका के आसपास बढ़ता है, और भूमध्य रेखा के साथ उत्तर की ओर वापस बहता है, अपने साथ ऊर्जा ले जाता है। अंतिम परिणाम अंटार्कटिका से उत्तरी ध्रुव तक ऊर्जा का स्थानांतरण है। यह उत्तरी गोलार्ध की तुलना में दक्षिणी गोलार्ध में भूमध्य रेखा और ध्रुवों के बीच अधिक ऊर्जा अंतर पैदा करता है, जिसके परिणामस्वरूप दक्षिणी गोलार्ध में अधिक गंभीर तूफान आते हैं।
दूसरा कारक उत्तरी गोलार्ध में बड़े पहाड़ हैं, जो, जैसा कि मानाबे के पहले के काम से पता चलता है, तूफानों को कम करते हैं। बड़ी पर्वत श्रृंखलाओं पर हवा की धाराएँ निश्चित ऊँचाई और निम्नताएँ बनाती हैं जो तूफानों के लिए उपलब्ध ऊर्जा की मात्रा को कम करती हैं।
हालाँकि, केवल देखे गए डेटा का विश्लेषण इन कारणों की पुष्टि नहीं कर सकता है, क्योंकि बहुत सारे कारक एक साथ काम करते हैं और परस्पर क्रिया करते हैं। साथ ही, हम उनके महत्व का परीक्षण करने के लिए व्यक्तिगत कारणों को बाहर नहीं कर सकते हैं।
ऐसा करने के लिए, हमें जलवायु मॉडल का उपयोग करके यह अध्ययन करना होगा कि विभिन्न कारकों को हटाने पर तूफान किस प्रकार बदलते हैं।
जब हमने सिमुलेशन में पृथ्वी के पहाड़ों को समतल किया, तो गोलार्धों के बीच तूफान की तीव्रता में अंतर आधा हो गया। जब हमने महासागर के कन्वेयर बेल्ट को हटा दिया, तो तूफान के अंतर का दूसरा आधा हिस्सा गायब हो गया। इस प्रकार, पहली बार, हम दक्षिणी गोलार्ध में तूफानों के लिए एक ठोस व्याख्या खोजते हैं।
चूंकि तूफानों के साथ अत्यधिक हवाएं, तापमान और वर्षा जैसे गंभीर सामाजिक प्रभाव जुड़े होते हैं, इसलिए महत्वपूर्ण प्रश्न जिसका हमें उत्तर देना होगा वह यह है कि भविष्य में आने वाले तूफान अधिक शक्तिशाली होंगे या कमजोर।
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जलवायु परिवर्तन के प्रभावों से निपटने के लिए समाज को तैयार करने में एक महत्वपूर्ण उपकरण जलवायु मॉडल पर आधारित पूर्वानुमानों का प्रावधान है। एक नए अध्ययन से पता चलता है कि सदी के अंत तक दक्षिणी गोलार्ध में आने वाले औसत तूफान और भी तीव्र हो जाएँगे।
इसके विपरीत, उत्तरी गोलार्ध में तूफानों की औसत वार्षिक तीव्रता में परिवर्तन मध्यम रहने का अनुमान है। यह आंशिक रूप से उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में गर्मी के बीच प्रतिस्पर्धात्मक मौसमी प्रभावों के कारण है, जो तूफानों को मजबूत बनाता है, और आर्कटिक में तेज़ गर्मी, जो उन्हें कमजोर बनाती है।
हालाँकि, यहाँ और अभी जलवायु बदल रही है। जब हम पिछले कुछ दशकों में हुए बदलावों को देखते हैं, तो हम पाते हैं कि दक्षिणी गोलार्ध में साल भर में औसत तूफान अधिक तीव्र हो गए हैं, जबकि उत्तरी गोलार्ध में परिवर्तन नगण्य रहे हैं, जो उसी अवधि में जलवायु मॉडल की भविष्यवाणियों के अनुरूप है।
हालाँकि मॉडल संकेत को कम आंकते हैं, लेकिन वे समान भौतिक कारणों से होने वाले परिवर्तनों को इंगित करते हैं। यानी, महासागर में परिवर्तन से तूफान बढ़ जाते हैं क्योंकि गर्म पानी भूमध्य रेखा की ओर बढ़ता है और ठंडा पानी अंटार्कटिका के आसपास सतह पर लाया जाता है ताकि इसे बदल दिया जा सके, जिसके परिणामस्वरूप भूमध्य रेखा और ध्रुवों के बीच एक मजबूत विपरीतता होती है।
उत्तरी गोलार्ध में, समुद्री बर्फ और हिम के नुकसान से महासागरीय परिवर्तन की भरपाई हो जाती है, जिसके कारण आर्कटिक क्षेत्र अधिक सूर्य का प्रकाश अवशोषित करता है और भूमध्य रेखा और ध्रुवों के बीच का अंतर कमजोर हो जाता है।
सही उत्तर पाने का जोखिम बहुत ज़्यादा है। भविष्य के काम के लिए यह निर्धारित करना महत्वपूर्ण होगा कि मॉडल देखे गए सिग्नल को कम क्यों आंकते हैं, लेकिन सही भौतिक कारणों से सही उत्तर पाना भी उतना ही महत्वपूर्ण होगा।
जिओ, टी. एट अल. (2022) भू-आकृतियों और महासागरीय परिसंचरण के कारण दक्षिणी गोलार्ध में तूफान, संयुक्त राज्य अमेरिका के राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही, doi: 10.1073/pnas.2123512119
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