Kazalo:

Atmosferska resonanca, kaj je ta pojav in ali lahko napove vreme?
Atmosferska resonanca, kaj je ta pojav in ali lahko napove vreme?

Video: Atmosferska resonanca, kaj je ta pojav in ali lahko napove vreme?

Video: Atmosferska resonanca, kaj je ta pojav in ali lahko napove vreme?
Video: 25 февраля тяжелый день не говорите этого, иначе притянете зло. Народные приметы на Алексея Рыбного 2024, Marec
Anonim

Zemljino ozračje vibrira kot velikanski zvon: valovi potujejo po ekvatorju v obe smeri in obkrožajo globus. Do tega zaključka so prišli znanstveniki iz Japonske in Združenih držav Amerike, ki so potrdili dolgoletno hipotezo o atmosferski resonanci. Kaj je ta pojav in ali ga lahko uporabimo za napovedovanje vremena in dolgoročnih podnebnih sprememb?

Laplaceovi valovi

V začetku 19. stoletja je francoski fizik in matematik Pierre-Simon Laplace primerjal zemeljsko atmosfero z ogromnim oceanom, ki pokriva planet, in izpeljane formule, danes znane kot Laplaceove enačbe plimovanja, uporabljene v izračunih za izdelavo vremenskih napovedi.

Laplace je verjel, da ima ozračje svoje oseke in oseke, pa tudi valove zračnih mas in toplotno energijo. Med drugim je omenil navpična nihanja na Zemljinem površju, ki se širijo v vodoravni smeri, kar je mogoče zabeležiti s spremembami površinskega tlaka.

Plime atmosferske toplote, povezane z vrtenjem Zemlje, so že dolgo odkrili geofiziki. Vendar horizontalnih valov ni bilo mogoče zaznati. In zdaj je jasno zakaj.

Kot sta ugotovila Takatoshi Sakazaki z Visoke šole za naravoslovje Univerze v Kyotu in Kevin Hamilton, profesor Mednarodnega pacifiškega raziskovalnega centra na Univerzi na Havajih v Manoi, imajo Laplaceovi valovi zelo velike lestvice - pokrivajo skoraj celotne poloble - in zelo kratke. obdobja, manj kot en dan.

Zato so bili spregledani pri proučevanju lokalnih atmosferskih pojavov, kot so nevihte, in pri preučevanju velikih, a dolgotrajnih premikov zračnih mas.

Image
Image

Diagram horizontalnih valovnih dolžin in obdobij atmosferskih pojavov, ki so jih predhodno preučevali znanstveniki. Zvezda je plimski valovi. Rdeča kontura - resonančna cona Laplaceovega valovanja

"Šahovnica" Zemlje

Avtorji študije so analizirali podatke Evropskega centra za srednjeročne vremenske napovedi (ECMWF) za 38 let - od leta 1979 do vključno 2016, vključno z urnimi spremembami površinskega atmosferskega tlaka na celotnem površju planeta. Posledično je bilo identificiranih na desetine prej neznanih valovnih načinov - sistemov harmoničnih nihanj, ki jih znanstveniki imenujejo načini.

Raziskovalce so še posebej zanimali valovi s kratkimi obdobji od dve do 33 ur, ki se širijo vodoravno v atmosferi po vsem svetu z ogromno hitrostjo – več kot 1100 kilometrov na uro.

Območja visokega in nizkega tlaka, povezana s temi valovi, ustvarjajo na zemljevidu značilen vzorec šahovnice, ki pa se razlikuje za vsakega od štirih glavnih načinov - Kelvin, Rossby, gravitacijski valovi in kombinacija zadnjih dveh.

Image
Image

Vzorec šahovnice, ki ga ustvarita območja z nizkim (modrim) in visokim (rdečim) tlakom. Kot primer sta prikazana dva od štirih glavnih načinov - Kelvin in gravitacijski z obdobji nihanja Zemljine atmosfere 32, 4 in 9, 4 ure. Rezultati računalniške simulacije

Zračni zvonec

Izkazalo se je, da je zemeljska atmosfera kot zvonec, ko se visoki toni prekrivajo na glavnem nizkofrekvenčnem ozadju. Prav ta kombinacija globokega zvoka v ozadju s subtilnimi prelivi naredi zvonjenje tako prijetno.

Samo "glasba" Zemlje ni zvok, ampak valovi atmosferskega tlaka, ki pokrivajo celotno oblo. Vsak od štirih glavnih načinov je resonanca atmosfere, po analogiji z resonancami zvona. V tem primeru se nizkofrekvenčni Kelvinovi valovi širijo od vzhoda proti zahodu, ostalo pa od zahoda proti vzhodu.

Znanstveniki so izračunali parametre resonance, ki izhajajo iz seštevanja vseh štirih načinov, kar je natančno sovpadalo z napovedmi Laplacea. In to je potrdilo njegovo glavno idejo, da vreme nadzorujejo valovi atmosferskega tlaka.

"Razveseljivo je, da je bila vizija Laplacea in drugih pionirskih fizikov dve stoletji pozneje v celoti potrjena," je citiral Takatoshi Sakazaki v sporočilu za javnost z univerze Hawaii v Manoi.

"Naša identifikacija toliko načinov v resničnih podatkih kaže, da ozračje res zvoni kot zvonec," nadaljuje Hamilton.

Kot možna vzroka za globalno resonanco avtorji imenujejo pojav skritih ogrevalnih con zaradi atmosferske konvekcije in kaskadni mehanizem širjenja turbulentnih energijskih tokov.

Image
Image

Premik območij nizkega (modrega) in visokega (rdečega) tlaka za vsakega od štirih glavnih načinov: A - Rossbyjevi valovi; B - Kelvinovi valovi; С - gravitacijski valovi; D - mešani način Rossby - gravitacija

Ekvatorialni vetrovi na Antarktiki

Še en pojav, povezan z valovi v ozračju, so nedavno razložili ameriški znanstveniki z univerze Clemson v Južni Karolini in univerze Colorado v Boulderju.

Z opazovanjem polarnih vrtincev na postaji McMurdo na Antarktiki - ogromnih krožnih tokov hladnega zraka, ki se spiralno vrtijo nad vsakim od zemeljskih polov - so opazili, da je antarktični vrtinec sinhrono s fazami kvazibienalnih nihanj v atmosferi (QBO).

Približno vsaki dve leti širinski vetrovi, ki pihajo na zemeljskem ekvatorju, spremenijo smer od vzhoda proti zahodu. Fronta se začne na višini več kot 30 kilometrov v stratosferi in se pomika navzdol s hitrostjo približno en kilometer na mesec. Po 13-14 mesecih se vzdolž celotnega ekvatorja hkrati pojavi inverzija vetra. Celoten cikel torej traja od 26 do 28 mesecev.

Image
Image

Splošna shema kvazibienalnih nihanj

Američani so ugotovili, da se v vzhodni fazi QBO antarktični vrtinec v zahodni fazi širi in skrči. To je razloženo s prehodom meridionalnih gravitacijskih valov od ekvatorja do polov skozi različne plasti ozračja.

Ti valovi so bili zabeleženi in predlagali, da so povezani s spremembo smeri vetrov, ki pihajo na ekvatorju - na razdalji več kot devet tisoč kilometrov od opazovalnega mesta. Primerjava s podatki Nasinega meteorološkega in atmosferskega opazovalnega sistema MERRA-2 za obdobje od 1999 do 2019 je to v celoti potrdila.

Že dolgo je znano, da širitev območja polarnega vrtinca prinaša hladno vreme v srednje zemljepisne širine. Presenetilo pa je dejstvo, da je glavni vzrok sprememba smeri stratosferskih vetrov v tropih.

Znanstveniki upajo, da bodo vzorci, ki so jih odkrili, privedli do natančnejših modelov podnebja in atmosferskega kroženja za vremensko napoved. Hkrati jih skrbi, da se v zadnjih desetletjih povečuje vpliv antropogenih dejavnikov.

Tako smo pred štirimi leti opazili kršitev cikličnosti FTC. Februarja 2016 je bil prehod na vzhodne vetrove nenadoma prekinjen. Eden od možnih razlogov je globalno segrevanje.

Alarmni zvonec

Še večjo skrb vzbujajo vse pogostejše ekstremne vremenske pojave, ki so pogosto povezane tudi z anomalijami atmosferskih valov. Zlasti znanstveniki opozarjajo na pojav kvazistacionarnih atmosferskih Rossbyjevih valov na severni polobli.

Rossbyjevi valovi so velikanski zavoji v visokih vetrovih, ki močno vplivajo na vreme. Če preidejo v kvazistacionarno stanje, se menjava ciklonov in anticiklonov ustavi. Posledično ponekod več tednov dežuje, ki prehaja v poplave, ponekod pa nastaja nenormalna vročina, kot letos na Arktiki.

Vročinski valovi in suše, ki poleti večkrat prizadenejo Srednjo in Severno Ameriko, Srednjo in Vzhodno Evropo, regijo Kaspijskega morja in Vzhodno Azijo in trajajo en do dva tedna, povzročajo resno škodo kmetijstvu. Pri nas že nekaj let zapored upadajo letine, kar otežuje družbene razmere.

Tako "glasba" Zemlje vse pogosteje ne zveni kot nežna melodija, ampak zaskrbljujoč alarmni zvonec.

Priporočena: