Atmospheric resonance, ano ang phenomenon na ito at mahuhulaan ba nito ang lagay ng panahon?

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ang kapaligiran ng Earth ay nag-vibrate tulad ng isang higanteng kampana: ang mga alon ay naglalakbay sa kahabaan ng ekwador sa magkabilang direksyon, na pumapalibot sa globo. Ang konklusyon na ito ay naabot ng mga siyentipiko mula sa Japan at Estados Unidos, na nagpapatunay sa matagal nang hypothesis ng atmospheric resonance. Ano ang hindi pangkaraniwang bagay na ito at maaari ba itong magamit upang mahulaan ang panahon at pangmatagalang pagbabago ng klima?

Mga alon ng Laplace

Noong unang bahagi ng ika-19 na siglo, inihambing ng Pranses na pisiko at matematiko na si Pierre-Simon Laplace ang atmospera ng Daigdig sa isang malawak na karagatan na sumasaklaw sa planeta at nagmula sa mga formula, na kilala ngayon bilang mga tidal equation ng Laplace, na ginagamit sa mga kalkulasyon upang gumawa ng mga pagtataya ng panahon.

Naniniwala si Laplace na ang atmospera ay may sariling pagbagsak at daloy, pati na rin ang mga alon ng masa ng hangin at thermal energy. Sa iba pang mga bagay, binanggit niya ang mga vertical oscillations sa ibabaw ng Earth, na nagpapalaganap sa pahalang na direksyon, na maaaring maitala ng mga pagbabago sa presyon sa ibabaw.

Matagal nang natuklasan ng mga geophysicist ang atmospheric heat tides na nauugnay sa pag-ikot ng Earth. Gayunpaman, hindi matukoy ang mga pahalang na alon. At ngayon malinaw na kung bakit.

Tulad ng nalaman ni Takatoshi Sakazaki ng Graduate School of Science ng Kyoto University at Kevin Hamilton, propesor ng International Pacific Research Center sa Unibersidad ng Hawaii sa Manoa, ang mga alon ng Laplace ay may napakalaking kaliskis - sumasaklaw sila sa halos buong hemisphere - at napakaikli. mga regla, wala pang isang araw.

Samakatuwid, hindi sila napapansin sa pag-aaral ng mga lokal na atmospheric phenomena, tulad ng mga bagyo, at sa pag-aaral ng malaki, ngunit pangmatagalang paggalaw ng masa ng hangin.

Diagram ng mga pahalang na wavelength at mga panahon ng atmospheric phenomena na dati nang pinag-aralan ng mga siyentipiko. Ang bituin ay tidal waves. Pulang tabas - Laplace wave resonance zone

"Chessboard" ng Earth

Sinuri ng mga may-akda ng pag-aaral ang data mula sa European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) sa loob ng 38 taon - mula 1979 hanggang 2016 kasama, kabilang ang oras-oras na pagbabago sa surface atmospheric pressure sa buong ibabaw ng planeta. Bilang resulta, natukoy ang dose-dosenang mga dating hindi kilalang mga mode ng alon - mga sistema ng harmonic oscillations, na tinatawag ng mga siyentipiko na mga mode.

Ang mga mananaliksik ay lalo na interesado sa mga alon na may maikling panahon mula dalawa hanggang 33 oras, na nagpapalaganap nang pahalang sa kapaligiran sa buong mundo sa napakalaking bilis - higit sa 1100 kilometro bawat oras.

Ang mga high at low pressure zone na nauugnay sa mga alon na ito ay lumikha ng isang katangian na pattern ng checkerboard sa mapa, na, gayunpaman, ay naiiba para sa bawat isa sa apat na pangunahing mga mode - Kelvin, Rossby, gravitational waves at isang kumbinasyon ng huling dalawa.

Isang pattern ng checkerboard na nilikha ng mababang (asul) at mataas (pula) na mga rehiyon ng presyon. Bilang isang halimbawa, dalawa sa apat na pangunahing mga mode ang ipinapakita - Kelvin at gravitational na may mga panahon ng oscillation ng kapaligiran ng Earth na 32, 4 at 9, 4 na oras. Mga resulta ng computer simulation

Air bell

Ito ay lumabas na ang atmospera ng Earth ay tulad ng isang nagri-ring na kampanilya, kapag ang mga matataas na tono ay nakapatong sa pangunahing background na may mababang dalas. Ang kumbinasyong ito ng malalim na tunog sa background na may banayad na pag-apaw ang nagpapasaya sa pagtunog ng kampana.

Tanging ang "musika" ng Earth ay hindi tunog, ngunit ang mga alon ng atmospheric pressure, na sumasaklaw sa buong mundo. Ang bawat isa sa apat na pangunahing mga mode ay isang resonance ng kapaligiran, sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga resonances ng isang kampana. Sa kasong ito, ang mga low-frequency na alon ng Kelvin ay kumakalat mula silangan hanggang kanluran, at ang natitira - mula kanluran hanggang silangan.

Kinakalkula ng mga siyentipiko ang mga parameter ng resonance na nagmula sa pagdaragdag ng lahat ng apat na mga mode, eksaktong kasabay ng mga hula ng Laplace. At kinumpirma nito ang kanyang pangunahing ideya na ang panahon ay kinokontrol ng atmospheric pressure waves.

"Ito ay gratifying na ang pangitain ng Laplace at iba pang pioneer physicists ay ganap na nakumpirma dalawang siglo mamaya," Takatoshi Sakazaki quoted sa isang press release mula sa Unibersidad ng Hawaii sa Manoa.

"Ang aming pagkakakilanlan ng napakaraming mga mode sa real-world na data ay nagpapakita na ang kapaligiran ay talagang tumutunog tulad ng isang kampana," patuloy ni Hamilton.

Pinangalanan ng mga may-akda ang paglitaw ng mga nakatagong heating zone dahil sa atmospheric convection at ang cascade mechanism ng pagpapalaganap ng magulong daloy ng enerhiya bilang posibleng mga sanhi ng global resonance.

Pag-alis ng mga rehiyon ng mababa (asul) at mataas (pula) na presyon para sa bawat isa sa apat na pangunahing mga mode: A - Rossby waves; B - Kelvin waves; С - mga alon ng gravitational; D - mixed mode Rossby - gravity

Ekwador na hangin sa Antarctica

Ang isa pang kababalaghan na nauugnay sa mga alon sa atmospera ay ipinaliwanag kamakailan ng mga Amerikanong siyentipiko mula sa Clemson University sa South Carolina at ng University of Colorado sa Boulder.

Ang pagmamasid sa mga polar vortice sa istasyon ng McMurdo sa Antarctica - napakalaking pabilog na agos ng malamig na hangin na umiikot sa bawat poste ng Earth - napansin nila na ang Antarctic vortex ay kasabay ng mga yugto ng quasi-biennial oscillations sa atmospera (QBO).

Humigit-kumulang bawat dalawang taon, ang hanging latitudinal na umiihip sa ekwador ng Daigdig ay nagbabago ng direksyon mula silangan hanggang kanluran. Ang harap ay nagsisimula sa isang altitude na higit sa 30 kilometro sa stratosphere at gumagalaw pababa sa bilis na humigit-kumulang isang kilometro bawat buwan. Pagkatapos ng 13-14 na buwan, ang wind inversion ay nangyayari nang sabay-sabay sa buong ekwador. Ang isang kumpletong cycle, samakatuwid, ay tumatagal mula 26 hanggang 28 buwan.

Pangkalahatang pamamaraan ng quasi-biennial oscillations

Nalaman ng mga Amerikano na sa panahon ng silangang bahagi ng QBO, ang Antarctic vortex ay lumalawak at kumukontra sa panahon ng kanlurang bahagi. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagdaan ng meridional gravitational waves mula sa ekwador patungo sa mga pole sa pamamagitan ng iba't ibang layer ng atmospera.

Ang mga alon na ito ay naitala at iminungkahi na ang mga ito ay nauugnay sa isang pagbabago sa direksyon ng hangin na umiihip sa ekwador - sa layo na higit sa siyam na libong kilometro mula sa lugar ng pagmamasid. Ang paghahambing sa data mula sa MERRA-2 meteorological at atmospheric observation system ng NASA para sa panahon mula 1999 hanggang 2019 ay ganap na nakumpirma na ito.

Matagal nang alam na ang pagpapalawak ng polar vortex zone ay nagdudulot ng malamig na panahon sa kalagitnaan ng latitude. Gayunpaman, ang katotohanan na ang ugat na sanhi ay isang pagbabago sa direksyon ng stratospheric na hangin sa tropiko ay dumating bilang isang sorpresa.

Umaasa ang mga siyentipiko na ang mga pattern na natukoy nila ay hahantong sa mas tumpak na klima at mga modelo ng sirkulasyon ng atmospera para sa pagtataya ng panahon. Kasabay nito, nababahala sila na sa mga nakalipas na dekada, ang epekto ng anthropogenic na mga kadahilanan ay tumataas.

Kaya, apat na taon na ang nakalipas, napansin namin ang isang paglabag sa cyclicity ng FTC. Noong Pebrero 2016, ang paglipat sa hanging silangan ay biglang naantala. Isa sa mga posibleng dahilan ay ang global warming.

Pampagising

Ang higit na pag-aalala ay ang pagtaas ng dalas ng mga matinding kaganapan sa panahon, na kadalasang nauugnay din sa mga anomalya ng atmospheric wave. Sa partikular, itinuturo ng mga siyentipiko ang paglitaw ng quasi-stationary atmospheric Rossby waves sa Northern Hemisphere.

Ang Rossby Waves ay mga higanteng liko sa mataas na hangin na may matinding epekto sa lagay ng panahon. Kung pumasa ang mga ito sa isang quasi-stationary state, ang pagbabago ng cyclones at anticyclones ay suspendido. Bilang isang resulta, sa ilang mga lugar ay umuulan ng ilang linggo, na nagiging baha, habang sa iba, isang hindi normal na init ang nakatakda, tulad ng taong ito sa Arctic.

Ang mga heat wave at tagtuyot na tumama sa Central at North America, Central at Eastern Europe, sa rehiyon ng Caspian Sea at East Asia nang ilang beses sa tag-araw at tumatagal ng isa hanggang dalawang linggo, ay nagdudulot ng malubhang pinsala sa agrikultura. Sa loob ng ilang magkakasunod na taon, bumababa ang mga ani dito, na nagpapalubha sa sitwasyong panlipunan.

Kaya't ang "musika" ng Earth ay mas madalas na hindi tulad ng isang banayad na himig, ngunit isang nakababahala na kampana ng alarma.