Atmosfera rezonansi, bu hodisa nima va u ob-havoni bashorat qila oladimi?

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Yer atmosferasi ulkan qo‘ng‘iroqdek tebranadi: to‘lqinlar ekvator bo‘ylab ikki yo‘nalishda tarqalib, yer sharini o‘rab oladi. Bunday xulosaga Yaponiya va Amerika Qo'shma Shtatlari olimlari atmosfera rezonansi haqidagi uzoq vaqtdan beri mavjud bo'lgan gipotezani tasdiqladilar. Bu qanday hodisa va undan ob-havo va uzoq muddatli iqlim o'zgarishini bashorat qilish uchun foydalanish mumkinmi?

Laplas to'lqinlari

19-asrning boshlarida frantsuz fizigi va matematigi Per-Simon Laplas Yer atmosferasini sayyorani qoplagan ulkan okeanga qiyosladi va bugungi kunda Laplasning suv oqimi tenglamalari deb nomlanuvchi, ob-havo prognozlarini tuzishda hisob-kitoblarda foydalaniladigan hosila formulalarini ishlab chiqdi.

Laplas atmosferaning o'ziga xos tushishi va oqimi, shuningdek, havo massalari to'lqinlari va issiqlik energiyasi borligiga ishongan. Boshqa narsalar qatorida u gorizontal yo'nalishda tarqaladigan, sirt bosimining o'zgarishi bilan qayd etilishi mumkin bo'lgan Yer yuzasidagi vertikal tebranishlarni eslatib o'tdi.

Yerning aylanishi bilan bog'liq bo'lgan atmosfera issiqlik to'lqinlari geofiziklar tomonidan uzoq vaqtdan beri kashf etilgan. Biroq, gorizontal to'lqinlarni aniqlab bo'lmadi. Va endi nima uchun ekanligi aniq.

Kioto universiteti Oliy fanlar maktabi xodimi Takatoshi Sakazaki va Manoadagi Gavayi universiteti qoshidagi Tinch okeani boʻyicha xalqaro tadqiqot markazi professori Kevin Xemilton aniqlaganidek, Laplas toʻlqinlari juda katta masshtabga ega – ular deyarli butun yarim sharni qamrab oladi va juda qisqa. davrlar, bir kundan kam.

Shuning uchun ular mahalliy atmosfera hodisalarini, masalan, momaqaldiroqlarni o'rganishda va havo massalarining katta, ammo uzoq muddatli harakatlarini o'rganishda e'tibordan chetda qoldilar.

Ilgari olimlar tomonidan o'rganilgan atmosfera hodisalarining gorizontal to'lqin uzunliklari va davrlari diagrammasi. Yulduz to'lqinli to'lqinlardir. Qizil kontur - Laplas to'lqini rezonans zonasi

Yerning "shaxmat taxtasi"

Tadqiqot mualliflari Yevropa oʻrta masofali ob-havo prognozlari markazi (ECMWF) maʼlumotlarini 38 yil davomida – 1979 yildan 2016 yilgacha, shu jumladan sayyoramizning butun yuzasi boʻylab atmosfera bosimining soatlik oʻzgarishini tahlil qildi. Natijada, ilgari noma'lum bo'lgan o'nlab to'lqin rejimlari aniqlandi - olimlar ularni rejimlar deb ataydigan garmonik tebranishlar tizimlari.

Tadqiqotchilarni, ayniqsa, ikki soatdan 33 soatgacha bo'lgan qisqa muddatli to'lqinlar qiziqtirdi, ular butun dunyo bo'ylab atmosferada gorizontal ravishda juda katta tezlikda - soatiga 1100 kilometrdan ko'proq tezlikda tarqaldi.

Ushbu to'lqinlar bilan bog'liq yuqori va past bosim zonalari xaritada xarakterli shaxmat naqshini yaratadi, ammo bu to'rtta asosiy rejimning har biri - Kelvin, Rossby, tortishish to'lqinlari va oxirgi ikkitasining kombinatsiyasi uchun farq qiladi.

Past (ko'k) va yuqori (qizil) bosimli hududlar tomonidan yaratilgan shaxmat taxtasi namunasi. Misol tariqasida, to'rtta asosiy rejimdan ikkitasi ko'rsatilgan - Kelvin va Yer atmosferasining 32, 4 va 9, 4 soatlik tebranish davrlari bilan tortishish. Kompyuter simulyatsiyasi natijalari

Havo qo'ng'irog'i

Ma'lum bo'lishicha, Yer atmosferasi asosiy past chastotali fonga yuqori ohanglar qo'yilganda jiringlayotgan qo'ng'iroqqa o'xshaydi. Aynan shu chuqur fon tovushining nozik to'lib-toshishlari bilan uyg'unligi qo'ng'iroqni juda yoqimli qiladi.

Faqat Yerning "musiqasi" tovush emas, balki butun yer sharini qamrab olgan atmosfera bosimi to'lqinlaridir. To'rtta asosiy rejimning har biri qo'ng'iroqning rezonanslariga o'xshab, atmosferaning rezonansidir. Bunday holda, past chastotali Kelvin to'lqinlari sharqdan g'arbga, qolganlari esa g'arbdan sharqqa tarqaladi.

Olimlar barcha to'rt rejimning qo'shilishidan kelib chiqadigan rezonans parametrlarini hisoblab chiqdilar, bu Laplasning bashoratlariga to'liq mos keldi. Va bu uning ob-havo atmosfera bosimi to'lqinlari tomonidan boshqariladi degan asosiy g'oyasini tasdiqladi.

"Laplas va boshqa kashshof fiziklarning qarashlari ikki asr o'tib to'liq tasdiqlangani quvonarli", - dedi Takatoshi Sakazaki Manoadagi Gavayi universiteti matbuot relizida.

"Bizning real dunyo ma'lumotlaridagi juda ko'p rejimlarni aniqlashimiz atmosfera haqiqatan ham qo'ng'iroq kabi jiringlayotganini ko'rsatadi", deb davom etadi Xemilton.

Mualliflar global rezonansning mumkin bo'lgan sabablari sifatida atmosfera konvektsiyasi va turbulent energiya oqimlarining tarqalish kaskad mexanizmi tufayli yashirin isitish zonalarining paydo bo'lishini nomlashadi.

To'rtta asosiy rejimning har biri uchun past (ko'k) va yuqori (qizil) bosim mintaqalarining siljishi: A - Rossby to'lqinlari; B - Kelvin to'lqinlari; S - tortishish to'lqinlari; D - aralash rejim Rossby - tortishish

Antarktidada ekvatorial shamollar

Atmosferadagi to'lqinlar bilan bog'liq yana bir hodisa yaqinda Janubiy Karolinadagi Klemson universiteti va Boulderdagi Kolorado universitetining amerikalik olimlari tomonidan tushuntirildi.

Antarktidadagi Makmerdo stansiyasida qutb girdoblarini - Yerning har bir qutbida aylanib yuruvchi sovuq havoning massiv aylana oqimlarini kuzatar ekanlar, ular Antarktika girdobi atmosferadagi kvazi-ikki yillik tebranishlar (QBO) fazalari bilan sinxron ekanligini payqashdi.

Taxminan har ikki yilda bir marta Yer ekvatorida esadigan kenglik shamollari sharqdan g'arbga yo'nalishini o'zgartiradi. Old qismi stratosferada 30 kilometrdan ortiq balandlikdan boshlanadi va oyiga taxminan bir kilometr tezlikda pastga qarab harakatlanadi. 13-14 oydan keyin shamol inversiyasi butun ekvator bo'ylab bir vaqtning o'zida sodir bo'ladi. Shunday qilib, to'liq tsikl 26 oydan 28 oygacha davom etadi.

Kvazi-ikki yillik tebranishlarning umumiy sxemasi

Amerikaliklar QBO ning sharqiy bosqichida Antarktika girdobi g'arbiy bosqichda kengayib, qisqarishini aniqladilar. Bu atmosferaning turli qatlamlari orqali ekvatordan qutblarga meridional tortishish to'lqinlarining o'tishi bilan izohlanadi.

Ushbu to'lqinlar qayd etilgan va ular ekvatorda - kuzatuv joyidan to'qqiz ming kilometrdan ko'proq masofada esayotgan shamollar yo'nalishining o'zgarishi bilan bog'liq deb taxmin qilingan. 1999 yildan 2019 yilgacha bo'lgan davrda NASA ning MERRA-2 meteorologik va atmosferani kuzatish tizimi ma'lumotlari bilan taqqoslash buni to'liq tasdiqladi.

Qutb girdobi zonasining kengayishi sovuq havoni o'rta kengliklarga olib kelishi uzoq vaqtdan beri ma'lum. Biroq, asosiy sabab tropiklarda stratosfera shamollari yo'nalishini o'zgartirishi ajablantirdi.

Olimlar ular aniqlagan naqshlar ob-havo prognozi uchun aniqroq iqlim va atmosfera sirkulyatsiyasi modellarini yaratishga umid qilmoqda. Shu bilan birga, ular so‘nggi o‘n yilliklarda antropogen omillar ta’siri kuchayib borayotganidan xavotirda.

Shunday qilib, to'rt yil oldin biz FTC siklining buzilishini payqadik. 2016 yil fevral oyida sharqiy shamollarga o'tish keskin ravishda to'xtatildi. Buning mumkin bo'lgan sabablaridan biri global isishdir.

Signal qo'ng'irog'i

Ko'pincha atmosfera to'lqinlari anomaliyalari bilan bog'liq bo'lgan ekstremal ob-havo hodisalarining ortib borayotgani yanada katta tashvish uyg'otadi. Xususan, olimlar Shimoliy yarim sharda kvazstatsionar atmosferadagi Rossbi toʻlqinlarining paydo boʻlishini taʼkidlamoqda.

Rossby Waves - baland tog'li shamollarda ob-havoga chuqur ta'sir ko'rsatadigan ulkan burmalar. Agar ular kvazstatsionar holatga o'tsa, siklon va antisiklonlarning o'zgarishi to'xtatiladi. Natijada, ba'zi joylarda haftalab yomg'ir yog'ib, suv toshqinlariga aylangan bo'lsa, boshqalarida bu yil Arktikada bo'lgani kabi g'ayritabiiy issiqlik o'rnatiladi.

Markaziy va Shimoliy Amerika, Markaziy va Sharqiy Yevropa, Kaspiy dengizi mintaqasi va Sharqiy Osiyoni yozda bir necha marta bosib, bir haftadan ikki haftagacha davom etadigan jazirama to‘lqinlari va qurg‘oqchilik qishloq xo‘jaligiga jiddiy zarar yetkazmoqda. Bu yerda bir necha yil ketma-ket hosil kamayib, ijtimoiy vaziyatni murakkablashtirmoqda.

Shunday qilib, Yerning "musiqasi" tobora ko'proq yumshoq ohangga o'xshamaydi, balki tashvishli qo'ng'iroqqa o'xshaydi.