El mundo es una jungla otra vez. ¿Doldrums soplaría el aire global?

TL;DR: Gran pregunta, no estamos seguros, pero probablemente no cambie mucho

Esta es una pregunta increíble, y una que no hemos resuelto por completo. La dinámica del clima es un campo enorme en este momento, porque queremos saber exactamente cómo pueden cambiar los vientos con el aumento de la temperatura global. Nuestros modelos no son perfectos, pero tenemos algunas buenas ideas sobre cómo los patrones generales se ven afectados por los cambios de temperatura.

Forzamiento de la atmósfera

Hablemos un poco sobre por qué tenemos estancamiento, vientos del oeste, latitudes de caballos, etc. Hay dos cosas principales que entender aquí; uno es el forzamiento radiativo y el otro es el recambio dependiente de la densidad.

Forzamiento radiativo: El forzamiento radiativo es simplemente una medida de cuánta energía, en forma de calor, recibe cada metro cuadrado de la Tierra. Esto depende en gran medida de la latitud y se ilustra con dos casos extremos. Si el Sol incide sobre la Tierra directamente desde arriba, entonces la energía recibida por la atmósfera superior es de unos 1400 W/m$^2$y la cantidad que llega a la Tierra es de unos 1.000 W/m$^2$. En los polos, el Sol incide oblicuamente sobre la Tierra y, en el caso extremo, no incide en absoluto, lo que corresponde a 0 W/m$^2$. En latitudes medias, la energía recibida se encuentra entre estos dos extremos.

Ahora, la Tierra irradia aproximadamente la misma cantidad de calor sin importar en qué parte del planeta te encuentres en forma de radiación de onda larga. Así, los polos irradian más calor del que reciben y actúan como sumidero de calor global, mientras que el ecuador recibe más calor del que irradia y actúa como fuente de calor global. Esto se muestra mejor en el siguiente diagrama:

Por lo tanto, tenemos un flujo de calor neto desde el ecuador a los polos, y esto provoca viento, pero en la dirección opuesta al flujo de calor, debido a la rotación dependiente de la densidad.

Rotación dependiente de la densidad: este es un término que creo que inventé, y tiene la intención de yuxtaponer el término más común estratificación por densidad. Describe la forma en que la atmósfera forma células de circulación, en lugar de formar capas de diferente densidad. Esta rotación ocurre constantemente porque el aire cerca de la Tierra es menos denso que el aire en la atmósfera superior. Hay dos razones para esto: una, el aire cerca de la superficie es calentado por la Tierra y dos, el aire cerca de la superficie es generalmente más húmedo que el aire en la atmósfera superior. En contra de la intuición, el aire húmedo es menos denso porque las moléculas de agua, H$_2$O, son más ligeros (masa molar 18) que el aire normal (masa molar 32 para O$_2$, 28 para N$_2$) y el agua desplaza las moléculas más pesadas.

Estructura general de la circulación atmosférica

Ahora que sabemos que el aire caliente y húmedo asciende, podemos hacer algunas predicciones sobre la circulación atmosférica. Esperamos una banda de aire ascendente en el ecuador porque es cálido y húmedo, y esperamos aire descendente cerca de los polos una vez que haya tenido la oportunidad de enfriarse y secarse. Sin embargo, también debemos considerar la fuerza de Coriolis: la desviación aparente de las partículas en movimiento de su camino debido a la conservación del momento angular del planeta esférico . Esencialmente, las partículas en el hemisferio norte se desvían hacia la derecha y las partículas en el hemisferio sur se desvían hacia la izquierda. Esto cambia el movimiento norte-sur del aire desde los polos hasta el ecuador en el movimiento este-oeste de los vientos del oeste y los vientos alisios.

Los vientos alisios se comportan exactamente como esperamos que lo hagan. Soplan de norte a sur y se desvían hacia la derecha en el hemisferio norte, creando vientos que impulsaron el comercio desde el norte de África hasta las Américas. Los vientos del oeste, por otro lado, parecen retroceder. Se mueven de sur a norte y salen por el oeste. Este extraño fenómeno ocurre porque el aire calentado y humedecido por el ecuador en realidad no permanece caliente y húmedo hasta los polos. Más bien, está fresco y seco cuando ha viajado unos 30 grados y comienza a hundirse allí. Cuando llega a la superficie nuevamente, se divide y fluye a lo largo de la superficie hacia el sur, hacia el ecuador y hacia el norte. Esta rama del norte es lo que notamos y llamamos los vientos del oeste. Todo este esquema produce el escenario idealizado que se muestra a continuación:

¿Por qué sucede esto a 30 grados norte y no en algún otro número? no lo sabemos Sabemos que sucede en Júpiter a unos 15 grados y no sucede en absoluto en Marte, y nuestros mejores teóricos proponen que tiene que depender de la velocidad de rotación, el tamaño y la composición atmosférica del planeta. Aquí hay un buen enlace a la pila de EarthScience con algunas matemáticas si tienes curiosidad.

Volviendo a las cuestiones climáticas

Entonces, eso fue un trasfondo extenso sobre parte de la teoría, pero la respuesta que voy a dar es mucho menos satisfactoria. Realmente no sabemos cómo afectará el cambio climático a nuestra circulación atmosférica. Este documento propone que un planeta más cálido tendrá células de Hadley tropicales más anchas y células polares y de Ferrell más pequeñas, y argumenta que ya podemos ver tales cambios, aunque tal escritura se ve obstaculizada por la falta de una definición universal precisa del límite de cada célula. Este documento propone que la circulación se rompe significativamente. Una sección con fuentes deficientes en Wikipedia propone que no hubo ningún gradiente térmico en el Mesozoico y, por lo tanto, no hubo circulación, mientras que una sección diferente sin fuentessostiene que había un nuevo cinturón desértico en el ecuador. Un artículo aquí dice que las células de Hadley se descomponen en remolinos a altas temperaturas, incluso durante el Eoceno.

En conjunto, es poco probable que un cambio de unos pocos grados cambie significativamente los vientos alisios o la estructura de circulación general, y los resultados probablemente cambiarán linealmente con los cambios de temperatura, por lo que el Eoceno seguirá siendo navegable. ¡Tus patrones de viento a gran escala están a salvo en el reality-checknivel!

Así que esto es bastante complicado...
El viento es causado por diferencias de presión. La presión se ve afectada tanto por la temperatura como por la humedad. Cuanta más humedad, menor es la presión.

Si todo el hielo se derritiera y el polo volviera a calentarse mucho, las diferencias de temperatura entre el ecuador y el polo se reducirían y, por lo tanto, los vientos intensos probablemente disminuirían.

Todavía habría una diferencia entre el ecuador y el polo, y la mitad del año el polo estaría en una oscuridad más fría.
Los vientos pueden ser suaves durante el verano y más fuertes en el invierno, pero no deberían desaparecer por completo.