Атмосфералык резонанс, бул эмне деген кубулуш жана ал аба ырайын алдын ала айта алабы?

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

Жердин атмосферасы гиганттык коңгуроо сыяктуу титирейт: толкундар экваторду бойлой эки тарапка тарап, жер шарын курчап турат. Мындай корутундуга Япониянын жана АКШнын окумуштуулары атмосфералык резонанс жөнүндөгү көптөн бери келе жаткан гипотезаны ырастап келишти. Бул кандай көрүнүш жана аны аба ырайын жана узак мөөнөттүү климаттын өзгөрүшүн алдын ала айтуу үчүн колдонсо болобу?

Лаплас толкундары

19-кылымдын башында француз физиги жана математиги Пьер-Симон Лаплас Жердин атмосферасын планетаны каптаган эбегейсиз океанга салыштырган жана бүгүнкү күндө Лапластын толкун теңдемелери деп аталган, аба ырайын болжолдоо үчүн эсептөөдө колдонулган формулаларды чыгарган.

Лаплас атмосферанын өзүнүн агымы, ошондой эле аба массаларынын толкундары жана жылуулук энергиясы бар деп эсептеген. Башка нерселер менен катар ал жер бетиндеги горизонталдык багытта таралып жаткан вертикалдык термелүүлөрдү айтып өттү, алар беттик басымдын өзгөрүшү аркылуу катталышы мүмкүн.

Жердин айлануусу менен байланышкан атмосфералык жылуулук толкундары геофизиктер тарабынан эчак эле ачылган. Бирок горизонталдуу толкундарды аныктоо мүмкүн болгон жок. Эми эмне үчүн экени түшүнүктүү.

Киото университетинин Жогорку илим мектебинен Такатоши Саказаки жана Маноадагы Гавайи университетинин Эл аралык Тынч океан изилдөө борборунун профессору Кевин Гамильтон аныкташкандай, Лаплас толкундары өтө чоң масштабга ээ – алар дээрлик бүт жарым шарларды камтыйт жана өтө кыска. мезгил, бир күндөн аз.

Ошондуктан, алар күн күркүрөшү сыяктуу жергиликтүү атмосфералык кубулуштарды изилдөөдө, аба массаларынын чоң, бирок узак мөөнөттүү кыймылдарын изилдөөдө көңүл бурулбай калган.

Окумуштуулар тарабынан мурда изилденген атмосфералык кубулуштардын горизонталдык толкун узундуктарынын жана мезгилдердин диаграммасы. Жылдыз - бул толкундар. Кызыл контур - Лаплас толкунунун резонанстык зонасы

Жердин «Шахмат тактасы»

Изилдөөнүн авторлору Европанын Орто аралыктагы аба ырайын болжолдоо борборунун (ECMWF) 38 жыл ичиндеги маалыматтарын талдап чыгышкан - 1979-жылдан 2016-жылга чейин, анын ичинде планетанын бүтүндөй бетиндеги атмосфералык басымдын саат сайын өзгөрүшү. Натыйжада мурда белгисиз ондогон толкун режимдери - окумуштуулар режим деп атаган гармоникалык термелүү системалары аныкталган.

Окумуштууларды өзгөчө 2 сааттан 33 саатка чейинки кыска мөөнөттөгү толкундар кызыктырды, алар жер шарынын айланасында атмосферада горизонталдуу түрдө өтө чоң ылдамдыкта – саатына 1100 километрден ашат.

Бул толкундар менен байланышкан жогорку жана төмөнкү басым зоналары картада мүнөздүү шахмат үлгүсүн түзөт, бирок ал төрт негизги режимдин ар бири үчүн - Келвин, Россби, гравитациялык толкундар жана акыркы экөөнүн айкалышы үчүн айырмаланат.

Төмөн (көк) жана жогорку (кызыл) басым аймактары тарабынан түзүлгөн шахмат үлгүсү. Мисал катары, төрт негизги режимдин экөө көрсөтүлгөн - Келвин жана гравитациялык Жер атмосферасынын термелүү мезгили 32, 4 жана 9, 4 саат. Компьютердик симуляциянын натыйжалары

Аба коңгуроосу

Жердин атмосферасы негизги төмөнкү жыштык фонуна жогорку обондор коюлган коңгуроо сыяктуу экени белгилүү болду. Дал ушул терең фондо үн менен тымызын ашыкча айкалышы коңгуроону ушунчалык жагымдуу кылат.

Жердин «музыкасы» гана үн эмес, бүт жер шарын каптаган атмосфералык басымдын толкундары. Төрт негизги режимдин ар бири коңгуроонун резонанстарына окшошуп, атмосферанын резонансы. Бул учурда, төмөнкү жыштыктагы Келвин толкундары чыгыштан батышка, ал эми калгандары - батыштан чыгышка тарайт.

Окумуштуулар бардык төрт режимди кошуудан келип чыккан резонанстын параметрлерин эсептеп чыгышты, бул Лапластын божомолдору менен дал келген. Бул анын аба ырайы атмосфералык басым толкундары менен башкарылат деген негизги идеясын тастыктады.

"Лапластын жана башка пионер физиктердин көз карашы эки кылымдан кийин толугу менен тастыкталганы кубандырат", - деп келтирет Такатоши Саказаки Маноадагы Гавайи университетинин пресс-релизинде.

"Биздин реалдуу дүйнө маалыматтарындагы көптөгөн режимдерди аныктоо атмосфера чындап эле коңгуроо кагылганын көрсөтүп турат", - деп улантат Гамильтон.

Авторлор глобалдык резонанстын мүмкүн болгон себептери катары атмосфералык конвекциядан жана турбуленттүү энергия агымдарынын таралышынын каскаддык механизминен улам жашыруун жылытуу зоналарынын пайда болушун аташат.

Төрт негизги режимдин ар бири үчүн төмөнкү (көк) жана жогорку (кызыл) басымдын аймактарынын жылышуусу: A - Россби толкундары; B - Кельвин толкундары; С - гравитациялык толкундар; D - аралаш режими Rossby - тартылуу

Антарктидадагы экватордук шамалдар

Атмосферадагы толкундар менен байланышкан дагы бир кубулушту жакында Түштүк Каролинадагы Клемсон университетинин жана Боулдердеги Колорадо университетинин америкалык окумуштуулары түшүндүрүштү.

Антарктидадагы Мак-Мюрдо станциясында полярдык куюндарды - Жердин ар бир уюлунун үстүнөн айланып турган муздак абанын массивдүү тегерек агымдарын байкап, алар Антарктика куюнунун атмосферадагы квази-эки жылдык термелүү фазалары (QBO) менен синхрондуу экенин байкашкан.

Болжол менен эки жыл сайын Жердин экваторунда соккон кеңдик шамалдар чыгыштан батышка карай багытын өзгөртөт. Фронт стратосферадагы 30 километрден ашык бийиктиктен башталып, айына бир километрге жакын ылдамдык менен ылдый карай жылып турат. 13-14 айдан кийин шамалдын инверсиясы бүт экватордун боюнда бир эле учурда болот. Ошентип, толук цикл 26 айдан 28 айга чейин созулат.

Квази-эки жылдык термелүүлөрдүн жалпы схемасы

Америкалыктар QBOнун чыгыш фазасында Антарктиканын куюну батыш фазасында кеңейип, жыйрыларын аныкташкан. Бул атмосферанын ар кандай катмарлары аркылуу экватордон уюлдарга меридионалдык тартылуу толкундарынын өтүшү менен түшүндүрүлөт.

Бул толкундар катталып, алар экватордо согуп жаткан шамалдын багытын өзгөртүү менен байланыштырылды - байкоо жүргүзүлгөн жерден тогуз миң километрден ашык аралыкта. 1999-жылдан 2019-жылга чейинки мезгилдеги НАСАнын MERRA-2 метеорологиялык жана атмосфералык байкоо системасынын маалыматтары менен салыштыруу муну толугу менен тастыктады.

Полярдык куюндук зонанын кеңейиши орто кеңдиктерге суук аба ырайын алып келери көптөн бери белгилүү. Бирок анын түпкү себеби тропиктеги стратосфералык шамалдын багытынын өзгөрүшү экени таң калыштуу болду.

Окумуштуулар алар аныктаган схемалар аба ырайын болжолдоо үчүн климаттын жана атмосфералык циркуляциянын так моделдерине алып келет деп үмүттөнүшөт. Ошол эле учурда алар акыркы он жылдыктарда антропогендик факторлордун таасири күчөп баратканына тынчсызданышууда.

Ошентип, төрт жыл мурун биз FTC циклдүүлүгүн бузууну байкадык. 2016-жылдын февраль айында чыгыштан соккон шамалга өтүү капысынан үзгүлтүккө учураган. Мүмкүн болгон себептердин бири - глобалдык жылуулук.

Ойготкуч коңгуроо

Көбүнчө атмосфералык толкундардын аномалиялары менен байланышкан экстремалдык аба ырайынын жыштыгынын көбөйүшү дагы чоң тынчсызданууну жаратат. Атап айтканда, окумуштуулар Түндүк жарым шарда квазистационардык атмосфералык Россби толкундарынын пайда болушун белгилешет.

Россби толкундары аба ырайына катуу таасир этүүчү бийик тоолуу шамалдардагы ири ийилиштер. Эгерде алар квазистационардык абалга өтсө, циклондордун жана антициклондордун алмашуусу токтойт. Натыйжада кээ бир жерлерде жумалап жамгыр жаап, селге айланып кетсе, кээ бир жерлерде быйылкы Арктикадагыдай аномалдуу ысык болуп жатат.

Борбордук жана Түндүк Американы, Борбордук жана Чыгыш Европаны, Каспий деңизинин аймагын жана Чыгыш Азияны жай мезгилинде бир нече жолу каптаган жана бир-эки жумага созулган ысык толкундар жана кургакчылык айыл чарбасына олуттуу зыян келтирүүдө. Бул жерде бир нече жыл катары менен түшүм азайып, социалдык абалды татаалдантып жатат.

Ошентип, Жердин "музыкасы" уламдан-улам жумшак обон эмес, кооптуу коңгуроо сыяктуу угулат.