תוכן עניינים:

תהודה אטמוספרית, מהי התופעה הזו והאם היא יכולה לחזות את מזג האוויר?
תהודה אטמוספרית, מהי התופעה הזו והאם היא יכולה לחזות את מזג האוויר?

וִידֵאוֹ: תהודה אטמוספרית, מהי התופעה הזו והאם היא יכולה לחזות את מזג האוויר?

וִידֵאוֹ: תהודה אטמוספרית, מהי התופעה הזו והאם היא יכולה לחזות את מזג האוויר?
וִידֵאוֹ: The Incredible Hulk #2 2024, מרץ
Anonim

האטמוספרה של כדור הארץ רוטטת כמו פעמון ענק: גלים נעים לאורך קו המשווה בשני הכיוונים, מקיפים את כדור הארץ. למסקנה זו הגיעו מדענים מיפן ומארצות הברית, ואיששו את ההשערה ארוכת השנים של תהודה אטמוספרית. מהי התופעה הזו והאם ניתן להשתמש בה כדי לחזות מזג אוויר ושינויי אקלים ארוכי טווח?

גלי לפלס

בתחילת המאה ה-19, השווה הפיזיקאי והמתמטיקאי הצרפתי פייר-סימון לפלס את האטמוספירה של כדור הארץ לאוקיינוס עצום המכסה את כוכב הלכת וגזרו נוסחאות, הידועות כיום כמשוואות הגאות והשפל של לפלס, המשמשות בחישובים ליצירת תחזיות מזג אוויר.

לפלס האמין שלאטמוספירה יש גאות ושפל משלה, כמו גם גלים של מסות אוויר ואנרגיה תרמית. בין השאר הוא הזכיר תנודות אנכיות על פני כדור הארץ, המתפשטות בכיוון האופקי, שניתן לתעד על ידי שינויים בלחץ פני השטח.

גאות חום אטמוספרית הקשורה לסיבוב כדור הארץ התגלו זה מכבר על ידי גיאופיזיקאים. עם זאת, לא ניתן היה לזהות גלים אופקיים. ועכשיו ברור למה.

כפי שגילו טקאטושי סקאזאקי מבית הספר לתואר שני למדעים של אוניברסיטת קיוטו וקווין המילטון, פרופסור מהמרכז הבינלאומי לחקר האוקיינוס השקט באוניברסיטת הוואי במנואה, לגלי לפלס יש קנה מידה גדול מאוד - הם מכסים כמעט חצי כדור שלמות - וקצרים מאוד מחזור, פחות מיממה.

לכן התעלמו מהם במחקר של תופעות אטמוספריות מקומיות, כמו סופות רעמים, ובמחקר של תנועות גדולות אך ארוכות טווח של מסות אוויר.

Image
Image

תרשים של אורכי גל אופקיים ותקופות של תופעות אטמוספריות שנחקרו בעבר על ידי מדענים. הכוכב הוא גלי גאות. קו מתאר אדום - אזור תהודה של גלי לפלס

"לוח שחמט" של כדור הארץ

מחברי המחקר ניתחו נתונים מהמרכז האירופי לתחזיות מזג אוויר בטווח בינוני (ECMWF) במשך 38 שנים - מ-1979 ועד 2016 כולל, כולל שינויים שעתיים בלחץ האטמוספרי של פני השטח על פני כל פני כדור הארץ. כתוצאה מכך זוהו עשרות מצבי גל שלא היו ידועים עד כה - מערכות של תנודות הרמוניות, שמדענים מכנים מצבים.

החוקרים התעניינו במיוחד בגלים עם פרקי זמן קצרים בין שעתיים ל-33 שעות, המתפשטים אופקית באטמוספירה מסביב לכדור הארץ במהירות עצומה - יותר מ-1100 קילומטרים לשעה.

אזורי הלחץ הגבוה והנמוך הקשורים לגלים אלו יוצרים תבנית דמקה אופיינית במפה, אשר, עם זאת, שונה עבור כל אחד מארבעת המצבים העיקריים - קלווין, רוסבי, גלי כבידה ושילוב של שני האחרונים.

Image
Image

דפוס לוח דמקה שנוצר על ידי אזורי לחץ נמוך (כחול) וגבוה (אדום). כדוגמה, מוצגים שניים מארבעת המצבים העיקריים - קלווין וכבידה עם תקופות של תנודה של אטמוספירת כדור הארץ של 32, 4 ו-9, 4 שעות. תוצאות הדמיית מחשב

פעמון אוויר

התברר כי האטמוספירה של כדור הארץ היא כמו פעמון מצלצל, כאשר צלילים גבוהים מונחים על הרקע הראשי בתדר נמוך. השילוב הזה של צליל רקע עמוק עם הצפות עדינות הוא שהופך את צלצול הפעמון למהנה כל כך.

רק ה"מוזיקה" של כדור הארץ היא לא קול, אלא גלים של לחץ אטמוספרי, המכסים את כל הגלובוס. כל אחד מארבעת המצבים העיקריים הוא תהודה של האטמוספירה, באנלוגיה לתהודה של פעמון. במקרה זה, גלי קלווין בתדר נמוך מתפשטים ממזרח למערב, והשאר - ממערב למזרח.

המדענים חישבו את הפרמטרים של התהודה הנובעים מהוספת כל ארבעת המצבים, עולים בקנה אחד עם התחזיות של לפלס. וזה אישר את הרעיון המרכזי שלו שמזג האוויר נשלט על ידי גלי לחץ אטמוספריים.

"זה משמח שהחזון של לפלס ופיזיקאים חלוצים אחרים אושר במלואו כעבור מאתיים שנה", ציטט טקאטושי סקאזאקי בהודעה לעיתונות מאוניברסיטת הוואי במנואה.

"הזיהוי שלנו של כל כך הרבה מצבים בנתונים מהעולם האמיתי מראה שהאטמוספירה באמת מצלצלת כמו פעמון", ממשיך המילטון.

המחברים מכנים את התרחשותם של אזורי חימום נסתרים עקב הסעה אטמוספרית ומנגנון המפל של התפשטות זרימות אנרגיה סוערות כגורמים אפשריים לתהודה גלובלית.

Image
Image

תזוזה של אזורי לחץ נמוך (כחול) וגבוה (אדום) עבור כל אחד מארבעת המצבים העיקריים: A - גלי רוסבי; B - גלי קלווין; С - גלי כבידה; D - מצב מעורב רוסבי - כוח המשיכה

רוחות משווניות באנטארקטיקה

תופעה נוספת הקשורה לגלים באטמוספירה הוסברה לאחרונה על ידי מדענים אמריקאים מאוניברסיטת קלמסון בדרום קרולינה ומאוניברסיטת קולורדו בבולדר.

בהתבוננות במערבולות קוטביות בתחנת מקמורדו באנטארקטיקה - זרמים עגולים מאסיביים של אוויר קר שמסתחררים מעל כל אחד מהקטבים של כדור הארץ - הם הבחינו שהמערבולת האנטארקטית היא סינכרונית עם שלבי התנודות החצי-שנתיים באטמוספירה (QBO).

בערך כל שנתיים, רוחות רוחב הנושבות בקו המשווה של כדור הארץ משנות כיוון ממזרח למערב. החזית מתחילה בגובה של יותר מ-30 קילומטרים בסטרטוספירה ונעה כלפי מטה במהירות של כקילומטר בחודש. לאחר 13-14 חודשים, היפוך הרוח מתרחש בו זמנית לאורך כל קו המשווה. מחזור שלם, אם כן, נמשך בין 26 ל-28 חודשים.

Image
Image

סכימה כללית של תנודות מעין דו-שנתיים

האמריקאים גילו שבשלב המזרחי של ה-QBO, המערבולת האנטארקטית מתרחבת ומתכווצת במהלך השלב המערבי. זה מוסבר על ידי מעבר גלי כבידה מרידיציוניים מקו המשווה לקטבים דרך שכבות שונות של האטמוספירה.

גלים אלו תועדו והציעו להם קשר לשינוי בכיוון הרוחות הנושבות בקו המשווה - במרחק של יותר מתשעת אלפים קילומטרים מאתר התצפית. השוואה עם נתונים ממערכת התצפית המטאורולוגית והאטמוספרית של נאס א MERRA-2 לתקופה שבין 1999 ל-2019 אישרה זאת במלואה.

זה זמן רב ידוע כי התרחבות אזור המערבולת הקוטבית מביאה מזג אוויר קר לקווי הרוחב האמצעיים. עם זאת, העובדה שהשורש הוא שינוי בכיוון הרוחות הסטרטוספריות באזורים הטרופיים הפתיעה.

מדענים מקווים שהדפוסים שהם זיהו יובילו למודלים מדויקים יותר של אקלים וזרימה אטמוספרית לחיזוי מזג האוויר. יחד עם זאת, הם מודאגים מכך שבעשורים האחרונים, ההשפעה של גורמים אנתרופוגניים גוברת.

אז לפני ארבע שנים שמנו לב להפרה של מחזוריות ה-FTC. בפברואר 2016 הופסק בפתאומיות המעבר לרוחות מזרחיות. אחת הסיבות האפשריות היא התחממות כדור הארץ.

פעמון אזעקה

מדאיגה אף יותר היא התדירות ההולכת וגוברת של אירועי מזג אוויר קיצוניים, הקשורים לעתים קרובות גם לאנומליות של גלים אטמוספריים. בפרט, מדענים מצביעים על התרחשותם של גלי רוסבי אטמוספריים כמעט נייחים בחצי הכדור הצפוני.

גלי רוסבי הם עיקולים ענקיים ברוחות בגובה רב שיש להם השפעה עמוקה על מזג האוויר. אם הם עוברים למצב מעין נייח, השינוי של ציקלונים ואנטיציקלונים מושעה. כתוצאה מכך, בחלק מהמקומות יורד גשם במשך שבועות, הופך לשיטפונות, בעוד שבמקומות אחרים נקבע חום חריג, כמו השנה באזור הארקטי.

גלי חום ובצורת הפוקדים את מרכז וצפון אמריקה, מרכז ומזרח אירופה, אזור הים הכספי ומזרח אסיה מספר פעמים במהלך הקיץ ונמשכים שבוע עד שבועיים, גורמים נזק חמור לחקלאות. כבר כמה שנים ברציפות שהיבול פה יורד, מה שמקשה על המצב החברתי.

אז ה"מוזיקה" של כדור הארץ נשמעת לעתים קרובות יותר ויותר לא כמו מנגינה עדינה, אלא פעמון אזעקה מדאיג.

מוּמלָץ: