Satura rādītājs:

Atmosfēras rezonanse, kas ir šī parādība un vai tā var paredzēt laikapstākļus?
Atmosfēras rezonanse, kas ir šī parādība un vai tā var paredzēt laikapstākļus?

Video: Atmosfēras rezonanse, kas ir šī parādība un vai tā var paredzēt laikapstākļus?

Video: Atmosfēras rezonanse, kas ir šī parādība un vai tā var paredzēt laikapstākļus?
Video: Photographic Historical Timeline 1888 Louis Aimé Augustin Le Prince The First Moving Picture 2024, Marts
Anonim

Zemes atmosfēra vibrē kā milzu zvans: viļņi virzās gar ekvatoru abos virzienos, apņemot zemeslodi. Pie šāda secinājuma nonākuši Japānas un ASV zinātnieki, apstiprinot jau sen pastāvošo hipotēzi par atmosfēras rezonansi. Kas ir šī parādība un vai to var izmantot, lai prognozētu laikapstākļus un ilgtermiņa klimata pārmaiņas?

Laplasa viļņi

19. gadsimta sākumā franču fiziķis un matemātiķis Pjērs Saimons Laplass salīdzināja Zemes atmosfēru ar plašu okeānu, kas klāj planētu, un atvasināja formulas, kas mūsdienās pazīstamas kā Laplasa paisuma un paisuma vienādojumi, ko izmanto aprēķinos, lai sagatavotu laika prognozes.

Laplass uzskatīja, ka atmosfērā ir savs bēgums un bēgums, kā arī gaisa masu un siltumenerģijas viļņi. Cita starpā viņš minēja vertikālās svārstības pie Zemes virsmas, kas izplatās horizontālā virzienā, ko var fiksēt ar virsmas spiediena izmaiņām.

Atmosfēras karstuma plūdmaiņas, kas saistītas ar Zemes rotāciju, jau sen ir atklājuši ģeofiziķi. Tomēr horizontālos viļņus nevarēja noteikt. Un tagad ir skaidrs, kāpēc.

Kā atklāja Takatoši Sakazaki no Kioto Universitātes Zinātņu skolas un Kevins Hamiltons, Havaju Universitātes Manoa Starptautiskā Klusā okeāna pētniecības centra profesors, Laplasa viļņiem ir ļoti lieli mērogi - tie aptver gandrīz veselas puslodes - un ļoti īsi. menstruācijas, mazāk par dienu.

Tāpēc tie tika ignorēti, pētot vietējās atmosfēras parādības, piemēram, pērkona negaisus, kā arī pētot lielas, bet ilgstošas gaisa masu kustības.

Image
Image

Horizontālo viļņu garumu un atmosfēras parādību periodu diagramma, ko iepriekš pētīja zinātnieki. Zvaigzne ir paisuma viļņi. Sarkanā kontūra - Laplasa viļņu rezonanses zona

Zemes "šaha galds"

Pētījuma autori analizēja Eiropas Vidēja diapazona laika prognožu centra (ECMWF) datus par 38 gadiem - no 1979. līdz 2016. gadam ieskaitot, ieskaitot virsmas atmosfēras spiediena izmaiņas katru stundu visā planētas virsmā. Rezultātā tika identificēti desmitiem iepriekš nezināmu viļņu režīmu - harmonisko svārstību sistēmas, kuras zinātnieki sauc par režīmiem.

Pētniekus īpaši interesēja viļņi ar īsu periodu no divām līdz 33 stundām, kas horizontāli izplatās atmosfērā visā pasaulē ar milzīgu ātrumu - vairāk nekā 1100 kilometru stundā.

Ar šiem viļņiem saistītās augsta un zema spiediena zonas kartē veido raksturīgu šaha zīmējumu, kas tomēr atšķiras katram no četriem galvenajiem režīmiem - Kelvina, Rossbija, gravitācijas viļņiem un pēdējo divu kombināciju.

Image
Image

Šaha galdiņa raksts, ko rada zema (zilā) un augsta (sarkanā) spiediena apgabali. Kā piemērs ir parādīti divi no četriem galvenajiem režīmiem - Kelvina un gravitācijas ar Zemes atmosfēras svārstību periodiem 32, 4 un 9, 4 stundas. Datorsimulācijas rezultāti

Gaisa zvans

Izrādījās, ka Zemes atmosfēra ir kā zvana zvans, kad uz galvenā zemfrekvences fona tiek uzlikti augsti virstoņi. Tieši šī dziļas fona skaņas kombinācija ar smalkām pārplūdēm padara zvanu zvanīšanu tik patīkamu.

Tikai Zemes "mūzika" nav skaņa, bet gan atmosfēras spiediena viļņi, kas aptver visu zemeslodi. Katrs no četriem galvenajiem režīmiem ir atmosfēras rezonanse pēc analoģijas ar zvana rezonansi. Šajā gadījumā zemas frekvences Kelvina viļņi izplatās no austrumiem uz rietumiem, bet pārējie - no rietumiem uz austrumiem.

Zinātnieki aprēķināja rezonanses parametrus, kas izriet no visu četru režīmu pievienošanas, kas precīzi sakrita ar Laplasa prognozēm. Un tas apstiprināja viņa galveno domu, ka laikapstākļus kontrolē atmosfēras spiediena viļņi.

"Ir patīkami, ka Laplasa un citu pionieru fiziķu redzējums ir pilnībā apstiprināts divus gadsimtus vēlāk," Takatoši Sakazaki citē Manuas Havaju universitātes paziņojumā presei.

"Mūsu tik daudzu režīmu identificēšana reālās pasaules datos liecina, ka atmosfēra patiešām skan kā zvans," turpina Hamiltons.

Kā iespējamos globālās rezonanses cēloņus autori nosauc slēpto apkures zonu rašanos atmosfēras konvekcijas dēļ un turbulento enerģijas plūsmu izplatīšanās kaskādes mehānismu.

Image
Image

Zema (zilā) un augsta (sarkanā) spiediena apgabalu pārvietošana katram no četriem galvenajiem režīmiem: A - Rossby viļņi; B - Kelvina viļņi; С - gravitācijas viļņi; D - jauktais režīms Rossby - gravitācija

Ekvatoriālie vēji Antarktīdā

Vēl vienu parādību, kas saistīta ar viļņiem atmosfērā, nesen skaidroja amerikāņu zinātnieki no Klemsonas universitātes Dienvidkarolīnā un Kolorādo universitātes Boulderā.

Vērojot polāros virpuļus McMurdo stacijā Antarktīdā – masīvas apļveida aukstā gaisa straumes, kas spirālē pār katru Zemes polu –, viņi pamanīja, ka Antarktikas virpulis ir sinhrons ar kvazi-divgadu svārstību fāzēm atmosfērā (QBO).

Apmēram reizi divos gados platuma vēji, kas pūš pie Zemes ekvatora, maina virzienu no austrumiem uz rietumiem. Fronte sākas vairāk nekā 30 kilometru augstumā stratosfērā un virzās lejup ar ātrumu aptuveni viens kilometrs mēnesī. Pēc 13-14 mēnešiem vēja inversija notiek vienlaikus visā ekvatorā. Tādējādi pilns cikls ilgst no 26 līdz 28 mēnešiem.

Image
Image

Kvazi-biennāles svārstību vispārīgā shēma

Amerikāņi atklāja, ka QBO austrumu fāzē Antarktikas virpulis izplešas un saraujas rietumu fāzes laikā. Tas izskaidrojams ar meridionālo gravitācijas viļņu pāreju no ekvatora uz poliem caur dažādiem atmosfēras slāņiem.

Šie viļņi tika fiksēti un liek domāt, ka tie saistīti ar vēju virziena maiņu, kas pūš pie ekvatora - vairāk nekā deviņu tūkstošu kilometru attālumā no novērojumu vietas. Salīdzinājums ar NASA meteoroloģisko un atmosfēras novērošanas sistēmas MERRA-2 datiem par laika posmu no 1999. līdz 2019. gadam to pilnībā apstiprināja.

Jau sen zināms, ka polāro virpuļu zonas paplašināšanās līdz vidējiem platuma grādiem atnes aukstu laiku. Taču fakts, ka galvenais cēlonis ir stratosfēras vēju virziena maiņa tropos, bija pārsteigums.

Zinātnieki cer, ka viņu identificētie modeļi radīs precīzākus klimata un atmosfēras cirkulācijas modeļus laika apstākļu prognozēšanai. Tajā pašā laikā viņi ir nobažījušies, ka pēdējās desmitgadēs pieaug antropogēno faktoru ietekme.

Tātad pirms četriem gadiem mēs pamanījām FTC cikliskuma pārkāpumu. 2016. gada februārī pēkšņi tika pārtraukta pāreja uz austrumu vējiem. Viens no iespējamiem iemesliem ir globālā sasilšana.

Trauksmes zvans

Vēl lielākas bažas rada ārkārtēju laikapstākļu biežums, kas bieži vien ir saistīts arī ar atmosfēras viļņu anomālijām. Jo īpaši zinātnieki norāda uz gandrīz stacionāru atmosfēras Rossby viļņu rašanos ziemeļu puslodē.

Rossby Waves ir milzīgi līkumi augstkalnu vējos, kam ir liela ietekme uz laikapstākļiem. Ja tie nonāk kvazistacionārā stāvoklī, ciklonu un anticiklonu maiņa tiek apturēta. Rezultātā vietām līst nedēļām ilgi, pārvēršoties plūdos, savukārt citviet tiek noteikts neparasts karstums, kā šogad Arktikā.

Karstuma viļņi un sausums, kas vasarā vairākas reizes skar Centrālo un Ziemeļameriku, Centrāleiropu un Austrumeiropu, Kaspijas jūras reģionu un Austrumāziju un ilgst vienu līdz divas nedēļas, nodara nopietnus postījumus lauksaimniecībai. Jau vairākus gadus pēc kārtas šeit sarūk ražas, kas sarežģī sociālo situāciju.

Tātad Zemes "mūzika" arvien biežāk skan nevis kā maiga melodija, bet gan satraucošs trauksmes zvans.

Ieteicams: