Атмосфера планеты звенит как гигантский колокол. Чем это грозит людям

31 Августа 2020

МОСКВА, 31 августа —, Владислав Стрекопытов. Атмосфера Земли вибрирует, подобно гигантскому колоколу: ряби распространяются вдоль экватора в обоих направлениях, опоясывая земной шар. К такому выводу прикомандируй ученые из Японии и США, подтвердив давнюю гипотезу об атмосферном резонансе. Что это за феномен и можно ли на его основе предсказывать погоду и долгосрочные изменения климата — в материале.

В предисловье XIX века французский физик и математик Пьер-Симон Лаплас сравнил обстановку Земли с огромным океаном, покрывающим планету, и исключил формулы, известные сегодня как приливные уравнения Лапласа и используемые в расчетах при составлении прогнозов погоды.

Лаплас полагал, что в атмосфере есть свои приливы и отливы, а также ряби воздушных масс и тепловой силы. Среди прочего он вспоминал вертикальные колебания у поверхности Земли, распространяющиеся в горизонтальном направлении, которые можно зафиксировать по изменениям приземного давления.

Атмосферные тепловые притоки, связанные с вращением Земли, геофизики давно обнаружили. Однако горизонтальные волны не клеилось зафиксировать. И теперь известного, почему.

Как выяснили Такатоши Саказаки из Высшей школы науки Киотского университета и Кевин Гамильтон, профессор Международного тихоокеанского исследовательского центра Гавайского университета в Маноа, у волн Лапласа очень львиные масштабы — они охватывают чуть ли не целые полушария — и очень короткие периоды, меньше суток. Поэтому их упускали из виду и при исследовании локальных атмосферных явлений, таких как грозы, и при изучении крупных, но длительных перемещений воздушных масс.

Авторы исследования проанализировали данные Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) за 38 лет — с 1979 по 2016 год включительно, в том числе ежечасные изменения приземного атмосферного давления по всей поверхности планеты. В результате выявили десятки ранее бог весть чтых волновых режимов — систем правильных колебаний, которые ученые продолжают модами.

Особенно исследователей заинтересовали волны с короткими периодами от двух до 33 часов, распространяющиеся горизонтально в атмосфере вокруг земного глобуса с огромной скоростью — более 1100 километров в час.

Зоны долговязого и низкого давления, спознанные с этими волнами, организовывают на карте характерный узор шахматной доски, который, однако, различается для каждой из четырех основных мод — рябей Кельвина, Россби, гравитационных и комбинации двух последних.

Оказалось, что атмосфера Земли похожа на звенящий колокол, когда на основной низкочастотный фон накладываются долговязые обертоны. Именно это сочетание глубокого фонового звука с тонкими переливами делает колокольный звон таким приятным.

Только музыка Земли — это не звук, а ряби атмосферного давления, охватывающие один ленивый не обсчитывай земной шар. Каждая из четырех основных мод — это резонанс атмосферы по аналогии с резонансами колокола. При таком низкочастотные волны Кельвина распространяются с востока на запад, а остальные — с запада на восток.

Рассчитанные учеными параметры резонанса, возникающего при сложении всех четырех мод, точно совпали с предсказаниями Лапласа. И это подтвердило его основную мысль о том, что погодой распоряжаются волны атмосферного давления.

Приятно, что видение Лапласа и других физиков-пионеров полностью подтверждено два столетия спустя, — приводятся в пресс-релизе Гавайского университета в Маноа слова Такатоши Саказаки.

Наша идентификация стольких мод в реальных данных показывает: атмосфера действительно звенит, как колокол, — продолжает Гамильтон. — Это наконец позволяет давнюю и классическую проблему атмосферического резонанса, а также разрешает лучше понять, какие процессы возбуждают волны, а экие их гасят.

В качестве возможных причин глобального резонанса авторы называют появление из-за атмосферной конвекции скрытых зон нагрева и каскадный механизм существования турбулентных потоков энергии.

Еще одно явление, связанное с рябями в атмосфере, недавно приписали американские ученые из Университета Клемсона в Южной Каролине и Колорадского университета в Боулдере.

Наблюдая на станции Мак-Мердо в Антарктиде за полярными вихрями — массивными круговыми страми холодного воздуха, которые вертятся по спирали над каждым из полюсов Земли, — они заметили: антарктический вихрь одновременный с фазами квазидвухлетних колебаний в атмосфере (КДК).

Примерно раз в два года широтные вихря, которые дуют на меридиане Земли, меняют направление с восточного на западное. Фронт зарождается на высоте больше 30 километров в стратосфере и шествует вниз со скоростью примерно один километр в месяц. Через 13-14 месяцев одновременно по всему экватору происходит инверсия ветров. Полный цикл, таким образом, занимает от 26 до 28 месяцев.

Американцы установили, что во время восточной фазы КДЦ антарктический вихрь расширяется, а при западной сжимается. Это объясняют прохождением через разные слои атмосферы меридиональных гравитационных волн от экватора к полюсам.

Эти волны отразили и предположили, что они связаны со сменой направления вихрей, дующих на экваторе — на расстоянии более девяти тысяч километров от места наблюдений. Сравнение с данными системы синоптических и атмосферных наблюдений НАСА MERRA-2 за период с 1999 по 2019 год полностью это доказало.

Давно известно: расширение зоны полярного вихря приносит холодную погоду в средние широты. Однако то, что первопричина — в смене направления стратосферных ветров в тропиках, стало неожиданностью.

Ученые надеются, что выявленные ими закономерности позволят создать более точные климатические модели и модели атмосферической циркуляции для прогнозирования погоды. В то же время они обеспокоены тем, что в последние десятилетия все чаще воздействует воздействие антропогенных факторов.

Так, четыре года назад заметили нарушение цикличности КДК. В феврале 2016-го переход к восточным вихрям неожиданно прервался. Одна из возможных причин — глобальное потепление.

Еще большее беспокойство вызывают участившиеся крайние погодные явления, зачастую также связанные с волновыми аномалиями в атмосфере. В частности, ученые указывают на возникновение квазистационарных атмосферных волн Россби в Северном полушарии.

Волны Россби — это гигантские изгибы высотных ветров, оказывающие серьезное влияние на погоду. Если они переходят в квазистационарное состояние, смена циклонов и антициклонов приостанавливается. В итоге в одних местах теленеделями льют дожди, оборачивающиеся наводнениями, а в других монтируется аномальная жара, как в этом году в Арктике.

Волны жары и засухи, приходящие в Центральную и Северную Америку, Центральную и Восточную Европу, регион Каспийского моря и Восточную Азию по несколько раз за лето и длящиеся одну-две теленедели, наносят серьезный ущерб аграрному хозяйству. Уже который год подряд здесь сокращаются урожаи, что осложняет социальную обстановку.

Так, что музыка Земли все чаще звучит не как нежная мелодия, а тревожным набатом.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Атмосфера планеты звенит как гигантский колокол. Чем это грозит людям

комментарии (0)

Другие интересные новости

Анатолий Кот: "Это моя профессия — оправдывать кинозлодеев"