Hvad andre planeters energikredsløb kan fortælle os om klimaændringer på Jorden

Forskere tænker nogle gange på en planets atmosfære som en motor. Potentiel energi, tilført af varme fra en forældrestjerne, omdannes til kinetisk energi, producerer vinde, der hvirvler rundt om planeten og driver storme.

Denne varmemotor på Jorden er blevet mere effektiv på grund af klimaændringer, og større effektivitet er ikke nødvendigvis positivt i denne sammenhæng. Det kan betyde flere farlige cykloner, orkaner og storme på jorden, ifølge et hold af planetforskere, der anvender deres forståelse af andre planeters energicyklusser på Jordens forstyrrede klimamønstre under menneskeskabte klimaændringer.

"Vi fandt effektiviteten af ​​at konvertere potentiel energi til kinetisk energi steget i løbet af de sidste 35 år, så der er mere kinetisk energi tilgængelig til at udvikle flere storme, " sagde Liming Li, en planetarisk videnskabsmand ved University of Houston.

LI og hans kolleger har for nylig offentliggjort deres forskning i tidsskriftet Naturkommunikation .

Klimaforskere har advaret om, at ødelæggende storme vil være en større trussel, når planeten opvarmes. Den nye undersøgelse viser, at atmosfærens energicyklus kunne være en måde at "diagnosticere" og forstå, at stormaktivitet, sagde Li.

Li og hans kolleger har analyseret data fra NASAs Cassini-mission til det saturnske system og Juno-missionen til Jupiter for at studere atmosfærerne i andre verdener i solsystemet. Li har været en deltagende videnskabsmand på en række af Cassini og Junos instrumenter. Hans hold fandt ud af, at Saturns største måne, Titan, har et afbalanceret energibudget (ligesom Jorden), og holdet undersøgte, hvordan en kæmpestorm på Saturn, titusindvis af kilometer bred, ændret, hvordan planeten absorberede solenergi.

Li troede, at hans forskning om planetarisk energi for de ydre planeter kunne være relevant for Jorden, også.

"Jeg ønskede at anvende disse ideer om planetarisk energi på vores hjemmeplanet - Jorden - for at undersøge, om energikredsløbet kan hjælpe os med bedre at forstå de igangværende klimaændringer, " sagde Li.

I 1955, MIT-videnskabsmanden Edward Lorenz - som gav os kaosteori og "sommerfugleeffekten" - kom med en kompleks formel til at forklare, hvordan potentiel energi omdannes til kinetisk energi i atmosfæren. Det såkaldte Lorenz-energikredsløb er kendt for at påvirke klima og vejr. Tidligere undersøgelser, der ser på variationer i cyklussen, dækkede korte tidsperioder, kun op til 10 år, ikke længe nok til at forbinde disse observationer med veldokumenterede nylige ændringer i klimaet, som global opvarmning.

"Vores undersøgelse er den første til at kontrollere [energicyklussens] langsigtede tidsmæssige variationer, som hovedsageligt er baseret på moderne satellitobservationer, " sagde Li.

For at beregne potentielle og kinetiske energier, Li og hans kolleger så på data om vind- og temperaturfelter indsamlet af jordbaserede observatorier og satellitter mellem 1979 og 2013. Forskerne fandt ud af, at den samlede mekaniske energi i den globale atmosfære stort set var den samme over tid. men den kinetiske energi forbundet med storme så ud til at være stigende.

"Den langsigtede stigende tendens er på en eller anden måde en overraskelse, " sagde Li.

Li forklarede, at en måde at måle effektiviteten af ​​en varmemotor på er at se på forholdet mellem den indkommende energi og den dissiperende energi. Undersøgelsen fandt også en stigning i spredning af energi over tid, antyder, at vores atmosfæriske motor arbejder med større effektivitet.

Denne nye forskning vil sandsynligvis ikke direkte påvirke forudsigelser om klimaændringer ud over den mere generelle prognose om flere storme i fremtiden, sagde Li. Undersøgelsen gjorde, imidlertid, identificere nogle hotspots, hvor den positive tendens i stormenergi synes at være særlig stærk. De fleste af disse hotspots var på den sydlige halvkugle, især stormsporet omkring Antarktis. Men øgede stormenergier blev også fundet over det centrale Stillehav, hvor videnskabsmænd allerede har dokumenteret en intensivering af tropiske cykloner.

En gruppe videnskabsmænd har allerede beregnet Lorenz energibudget for Mars, og med bedre observationer af andre planeter, Li sagde, at det vil være muligt at lave sammenlignende undersøgelser af planetariske atmosfærer.

Sådanne undersøgelser ville give os et "vidt perspektiv" til at forstå atmosfæriske og klimasystemer, sagde Li.

"I særdeleshed, den tidligere klimaudvikling på Mars, hvor Mars ændrede sig fra en varm og våd planet til den nuværende kolde og tørre verden, vil hjælpe os med bedre at forstå og forudsige klimaændringerne på vores hjemmeplanet, " tilføjede Li.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASAs Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.