31 Августа 2020
МОСКВА, 31 августа —, Владислав Стрекопытов. Атмосфера Земли вибрирует, подобно гигантскому колоколу: волны распространяются вдоль экватора в обоих направлениях, опоясывая земной шар. К такому выводу нашли 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 начале XIX века французский физик и математик Пьер-Симон Лаплас сравнил атмосферу 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 волны воздушных масс и тепловой предприимчивости. Среди прочего он затрагивал вертикальные колебания у поверхности Земли, распространяющиеся в горизонтальном направлении, которые можно зафиксировать по изменениям приземного давления.
Атмосферные тепловые приливы, связанные с вращением Земли, геофизики давно обнаружили. Однако горизонтальные волны не удавалось зафиксировать. И теперь понятно, 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 более значительные 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 изучения проанализировали данные Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) за 38 лет — с 1979 по 2016 год, в том числе почасовые изменения приземного атмосферного давления по всей поверхности планеты. В конечный результате выявили десятки ранее неизвестных бурных режимов — систем гармонических колебаний, которые ученые называют модами.
Особенно исследователей заинтересовали волны с маленькими периодами от двух до 33 часов, распространяющиеся горизонтально в атмосфере вокруг земного шара с огромной скоростью — более 1100 километров в час.
Зоны высокого и низкого давления, связанные с этими волнами, создают на карте характерный узор шахматной доски, который, однако, различается для каждой из четырех основных мод — волн Кельвина, Россби, гравитационных и комбинации двух последних.
Оказалось, что атмосфера Земли похожа на дребезжащий колокол, когда на главной низкочастотный фон накладываются высокие флажолеты. Именно это сочетание глубокого фонового звука с тонкими переливами делает колокольный звон таким лестным.
Только музыка Земли — это не звук, а волны атмосферического давления, охватывающие весь дольный шар. Каждая из четырех основных мод — это резонанс атмосферы по аналогии с резонансами колокола. При этом низкочастотные волны Кельвина распространяются с восхода на запад, а иные — с запада на восход.
Рассчитанные учеными параметры резонанса, завязывающегося при сложении всех четырех мод, точно совпали с предсказаниями Лапласа. И это доказало его основную мысль о том, что погодой управляют 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 колокольчик, — продолжает Гамильтон. — Это наконец разрешает давнюю и классическую проблему атмосферного резонанса, а также позволяет лучше понять, какие процессы оперяют волны, а какие их гасят.
В качестве возможных причин глобального резонанса авторы называют возникновение из-за атмосферной конвекции скрытых зон нагрева и каскадный механизм распространения беспорядочных потоков энергии.
Еще одно событие, связанное с волнами в атмосфере, недавно объяснили южноамериканские ученые из Университета Клемсона в Южной Каролине и Колорадского университета в Боулдере.
Наблюдая на станции Мак-Мердо в Антарктиде за полярными круговоротами — массивными круговыми потоками холодного воздуха, которые вращаются по спирали над каждым из полюсов Земли, — они подметили: антарктический вихрь синхронен с фазами квазидвухлетних колебаний в атмосфере (КДК).
Примерно раз в два года широтные ветра, которые дуют на экваторе Земли, меняют направление с восточного на западное. Фронт возникает на высоте больше 30 километров в стратосфере и движется вниз со скоростью примерно один километр в месяц. Через 13-14 месяцев одновременно по всему меридиану 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 меридиана к полюсам.
Эти волны зафиксировали и предположили, что они сопряжённым со сменой направления ветров, дующих на экваторе — на расстоянии более девяти тысяч километров от места наблюдений. Сравнение с данными системы метеорологических и атмосферных наблюдений НАСА MERRA-2 за период с 1999 по 2019 год полностью это подтвердило.
Давно известно: расширение зоны полярного круговорота приносит холодную погоду в рядовые широты. Однако то, что первопричина — в смене направления стратосферных ветров в тропиках, стало неожиданностью.
Ученые надеются, что выявленные ими объяснимости позволят создать более точные климатизационные модели и модели атмосферной циркуляции для прогнозирования погоды. В то же время они утруждённым тем, что в последние десятилетия все чаще сказывается влияние антропогенных факторов.
Так, четыре года назад заметили нарушение периодичности КДК. В феврале 2016-го переход к восточным ветрам нежданно - негаданного прервался. Одна из заинтересованных причин — глобальное потепление.
Еще более значительное беспокойство вызывают участившиеся экстремальные погодные явления, зачастую также сопряжённые с волновыми аномалиями в атмосфере. В частности, ученые указывают на возникновение квазистационарных атмосферических волн Россби в Северном полушарии.
Волны Россби — это большие изгибы высотных ветров, предлагающие серьезное влияние на погоду. Если они переходят в квазистационарное состояние, смена циклонов и антициклонов приостанавливается. В продукте в одних местах неделями кропят дожди, оборачивающиеся наводнениями, а в других устанавливается аномальная жара, как в этом году в Арктике.
Волны жары и засухи, приходящие в Центральную и Северную Америку, Центральную и Восточную Европу, край Каспийского моря и Восточную Азию по несколько раз за лето и длящиеся одну-две недели, наносят серьезный ущерб сельскому хозяйству. Уже который год без разбор здесь сокращаются урожаи, что осложняет социальную обстановку.
Так, что музыка Земли все чаще грохочет не как нежная мелодия, а тревожным набатом.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....