Атмосфералық резонанс, бұл қандай құбылыс және ол ауа-райын болжай ала ма?

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Жер атмосферасы алып қоңырау сияқты дірілдейді: толқындар экватор бойымен екі бағытта қозғалып, жер шарын қоршап алады. Бұл тұжырымға Жапония мен АҚШ ғалымдары атмосфералық резонанс туралы бұрыннан келе жатқан гипотезаны растады. Бұл қандай құбылыс және оны ауа райы мен ұзақ мерзімді климаттық өзгерістерді болжау үшін пайдалануға бола ма?

Лаплас толқындары

19 ғасырдың басында француз физигі және математигі Пьер-Симон Лаплас Жер атмосферасын ғаламшарды қамтитын үлкен мұхитпен салыстырды және бүгінгі күні ауа райы болжамын жасау үшін есептеулерде қолданылатын Лапластың толқындық теңдеулері деп аталатын туынды формулаларды шығарды.

Лаплас атмосфераның өзіндік құлдырауы мен ағыны, сондай-ақ ауа массаларының толқындары мен жылу энергиясы бар деп есептеді. Басқа нәрселермен қатар ол жер бетіндегі көлденең бағытта таралатын тік тербелістерді атап өтті, оны беттік қысымның өзгеруі арқылы тіркеуге болады.

Жердің айналуымен байланысты атмосфералық жылу толқындарын геофизиктер бұрыннан ашқан. Алайда көлденең толқындарды анықтау мүмкін болмады. Ал енді неге екені түсінікті.

Киото университетінің Жоғары ғылым мектебінің қызметкері Такатоши Саказаки мен Маноадағы Гавайи университетінің Халықаралық Тынық мұхиты зерттеу орталығының профессоры Кевин Гамильтон анықтағандай, Лаплас толқындары өте үлкен масштабқа ие - олар бүкіл жарты шарларды дерлік қамтиды және өте қысқа. кезеңдер, бір күннен аз.

Сондықтан олар найзағай сияқты жергілікті атмосфералық құбылыстарды зерттеуде және ауа массаларының үлкен, бірақ ұзақ мерзімді қозғалысын зерттеуде назардан тыс қалды.

Бұрын ғалымдар зерттеген атмосфералық құбылыстардың көлденең толқын ұзындықтарының диаграммасы және периодтары. Жұлдыз - толқындар. Қызыл контур - Лаплас толқынының резонанс аймағы

Жердің «Шахмат тақтасы»

Зерттеудің авторлары Еуропалық орта ауқымды ауа-райын болжау орталығының (ECMWF) 38 жылдағы - 1979 жылдан бастап 2016 жылға дейін қоса алғанда, планетаның бүкіл бетіндегі жер үсті атмосфералық қысымының сағат сайынғы өзгерістерін қоса алғанда деректеріне талдау жасады. Нәтижесінде бұрын белгісіз ондаған толқындық режимдер анықталды - ғалымдар оларды режимдер деп атайтын гармоникалық тербеліс жүйелері.

Зерттеушілерді әсіресе екі сағаттан 33 сағатқа дейінгі қысқа мерзімді толқындар қызықтырды, олар жер шарының айналасындағы атмосферада көлденеңінен орасан жоғары жылдамдықпен - сағатына 1100 шақырымнан астам таралады.

Осы толқындармен байланысты жоғары және төмен қысым аймақтары картада сипатты шахмат үлгісін жасайды, бірақ ол төрт негізгі режимнің әрқайсысы үшін - Кельвин, Россби, гравитациялық толқындар және соңғы екеуінің комбинациясы үшін ерекшеленеді.

Төмен (көк) және жоғары (қызыл) қысым аймақтарымен жасалған шахмат үлгісі. Мысал ретінде төрт негізгі режимнің екеуі көрсетілген - Кельвин және гравитациялық Жер атмосферасының тербеліс периодтары 32, 4 және 9, 4 сағат. Компьютерлік модельдеу нәтижелері

Ауа қоңырауы

Жер атмосферасы негізгі төмен жиілікті фонда жоғары обертондар қондырылғанда, шырылдаған қоңырауға ұқсайтыны белгілі болды. Дәл осы терең фондық дыбыстың нәзік толып кетуімен үйлесуі қоңыраудың соғуын соншалықты жағымды етеді.

Тек Жердің «музыкасы» дыбыс емес, бүкіл жер шарын қамтитын атмосфералық қысым толқындары. Төрт негізгі режимнің әрқайсысы қоңыраудың резонанстарына ұқсас атмосфераның резонансы болып табылады. Бұл жағдайда төмен жиілікті Кельвин толқындары шығыстан батысқа, ал қалғандары батыстан шығысқа қарай таралады.

Ғалымдар барлық төрт режимді қосудан туындайтын резонанстың параметрлерін есептеп шығарды, бұл Лапластың болжамдарымен дәл сәйкес келеді. Бұл оның ауа-райы атмосфералық қысым толқындарымен басқарылатыны туралы негізгі идеясын растады.

«Лапластың және басқа да пионер физиктердің көзқарасы екі ғасырдан кейін толық расталғаны қуантады», - деп келтіреді Такатоси Саказаки Маноадағы Гавайи университетінің баспасөз хабарламасында.

«Біздің нақты дүние деректеріндегі көптеген режимдерді анықтау атмосфераның шынымен қоңырау сияқты шырылдайтынын көрсетеді», - деп жалғастырды Гамильтон.

Авторлар жаһандық резонанстың ықтимал себептері ретінде атмосфералық конвекция мен турбулентті энергия ағындарының таралу каскадты механизміне байланысты жасырын жылыту аймақтарының пайда болуын атайды.

Төрт негізгі режимнің әрқайсысы үшін төмен (көк) және жоғары (қызыл) қысым аймақтарының орын ауыстыруы: A - Россби толқындары; B - Кельвин толқындары; С - гравитациялық толқындар; D - аралас режим Россби - гравитация

Антарктидадағы экваторлық желдер

Атмосферадағы толқындармен байланысты тағы бір құбылысты жақында Оңтүстік Каролинадағы Клемсон университетінің және Боулдердегі Колорадо университетінің американдық ғалымдары түсіндірді.

Антарктидадағы Мак-Мердо станциясында полярлық құйындарды - Жердің әрбір полюсінің үстінен айналып өтетін суық ауаның массивті шеңберлі ағындарын бақылай отырып, олар антарктикалық құйынның атмосферадағы квази-екі жылдық тербеліс фазаларымен (QBO) синхронды екенін байқады.

Шамамен екі жылда бір рет Жер экваторында соғатын ендік желдері шығыстан батысқа қарай бағытты өзгертеді. Фронт стратосферада 30 километрден астам биіктіктен басталып, айына шамамен бір шақырым жылдамдықпен төмен қарай жылжиды. 13-14 айдан кейін желдің инверсиясы бүкіл экватор бойымен бір мезгілде жүреді. Осылайша, толық цикл 26 айдан 28 айға дейін созылады.

Квази-екіжылдық тербелістердің жалпы схемасы

Америкалықтар QBO шығыс фазасында антарктикалық құйынның батыс фазасында кеңейіп, қысқаратынын анықтады. Бұл атмосфераның әртүрлі қабаттары арқылы экватордан полюстерге меридиандық гравитациялық толқындардың өтуімен түсіндіріледі.

Бұл толқындар тіркеліп, олар экваторда – бақылау орнынан тоғыз мың шақырымнан астам қашықтықта соғатын желдер бағытының өзгеруімен байланысты деген болжам жасалды. 1999-2019 жылдар аралығындағы NASA-ның MERRA-2 метеорологиялық және атмосфералық бақылау жүйесінің деректерімен салыстыру мұны толығымен растады.

Полярлық құйынды аймақтың кеңеюі орта ендікке суық ауа райын әкелетіні бұрыннан белгілі. Дегенмен, оның түпкі себебі тропиктік аймақтардағы стратосфералық желдің бағытының өзгеруі болып табылатыны таң қалдырды.

Ғалымдар олар анықтаған үлгілер ауа-райын болжау үшін дәлірек климат пен атмосфералық айналым үлгілеріне әкеледі деп үміттенеді. Сонымен қатар, олар соңғы онжылдықтарда антропогендік факторлардың әсері күшейіп келе жатқанына алаңдаулы.

Осылайша, төрт жыл бұрын біз FTC циклділігінің бұзылуын байқадық. 2016 жылдың ақпан айында шығыс желдерге көшу күрт үзілді. Мүмкін себептердің бірі - жаһандық жылыну.

Дабыл қоңырауы

Көбінесе атмосфералық толқын аномалияларымен байланысты экстремалды ауа райы оқиғаларының жиілігінің артуы одан да үлкен алаңдаушылық тудырады. Атап айтқанда, ғалымдар Солтүстік жарты шарда квазистационарлық атмосфералық Россби толқындарының пайда болуына назар аударады.

Россби толқындары - ауа-райына қатты әсер ететін биіктік желдеріндегі алып иілу. Егер олар квазистационарлық күйге өтсе, циклондар мен антициклондардың ауысуы тоқтатылады. Соның салдарынан кей жерлерде апталап жауып, су тасқынына ұласса, кейбір жерлерде биыл Арктикадағыдай қалыптан тыс аптап ыстық орын алуда.

Орталық және Солтүстік Америкаға, Орталық және Шығыс Еуропаға, Каспий теңізі аймағына және Шығыс Азияға жазда бірнеше рет және бір-екі аптаға созылатын аптап ыстық толқыны мен құрғақшылық ауыл шаруашылығына үлкен зиян келтіреді. Мұнда бірнеше жыл қатарынан астық азайып, әлеуметтік жағдайды қиындатып отыр.

Сондықтан Жердің «музыкасы» нәзік әуен емес, алаңдатарлық дабыл қоңырауы сияқты жиі естіледі.