ატმოსფერული რეზონანსი, რა არის ეს ფენომენი და შეუძლია თუ არა ამინდის პროგნოზირება?

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

დედამიწის ატმოსფერო ვიბრირებს, როგორც გიგანტური ზარი: ტალღები ეკვატორის გასწვრივ მოძრაობენ ორივე მიმართულებით და გარს აკრავს გლობუსს. ამ დასკვნამდე მივიდნენ მეცნიერები იაპონიიდან და შეერთებული შტატებიდან, რაც ადასტურებს ატმოსფერული რეზონანსის დიდი ხნის ჰიპოთეზას. რა არის ეს ფენომენი და შეიძლება თუ არა მისი გამოყენება ამინდისა და გრძელვადიანი კლიმატის ცვლილების პროგნოზირებისთვის?

ლაპლასის ტალღები

მე-19 საუკუნის დასაწყისში, ფრანგმა ფიზიკოსმა და მათემატიკოსმა პიერ-სიმონ ლაპლასმა დედამიწის ატმოსფერო შეადარა უზარმაზარ ოკეანეს, რომელიც ფარავს პლანეტას და მიიღო ფორმულები, რომლებიც დღეს ცნობილია როგორც ლაპლასის მოქცევის განტოლებები, რომლებიც გამოიყენება გამოთვლებში ამინდის პროგნოზის გასაკეთებლად.

ლაპლასს სჯეროდა, რომ ატმოსფეროს აქვს საკუთარი ავლა და დინება, ასევე ჰაერის მასების ტალღები და თერმული ენერგია. სხვა საკითხებთან ერთად მან აღნიშნა დედამიწის ზედაპირზე ვერტიკალური რხევები, რომლებიც გავრცელდა ჰორიზონტალური მიმართულებით, რაც შეიძლება ჩაიწეროს ზედაპირული წნევის ცვლილებით.

ატმოსფერული სითბური ტალღები, რომლებიც დაკავშირებულია დედამიწის ბრუნვასთან, დიდი ხანია აღმოაჩინეს გეოფიზიკოსების მიერ. თუმცა, ჰორიზონტალური ტალღების აღმოჩენა ვერ მოხერხდა. და ახლა გასაგებია რატომაც.

როგორც კიოტოს უნივერსიტეტის მეცნიერებათა უმაღლესი სკოლის ტაკატოში საკაზაკიმ და მანოას ჰავაის უნივერსიტეტის წყნარი ოკეანის საერთაშორისო კვლევის ცენტრის პროფესორმა კევინ ჰამილტონმა გაარკვიეს, ლაპლასის ტალღებს აქვთ ძალიან დიდი მასშტაბები - ისინი ფარავს თითქმის მთელ ნახევარსფეროებს - და ძალიან მოკლე. პერიოდები, დღეზე ნაკლები.

ამიტომ, ისინი შეუმჩნეველი იყო ადგილობრივი ატმოსფერული ფენომენების შესწავლისას, როგორიცაა ჭექა-ქუხილი და ჰაერის მასების დიდი, მაგრამ გრძელვადიანი გადაადგილების შესწავლისას.

ჰორიზონტალური ტალღების სიგრძისა და ატმოსფერული ფენომენების პერიოდების დიაგრამა, რომელიც ადრე იყო შესწავლილი მეცნიერების მიერ. ვარსკვლავი მოქცევის ტალღებია. წითელი კონტური - ლაპლასის ტალღის რეზონანსული ზონა

დედამიწის "საჭადრაკო დაფა"

კვლევის ავტორებმა გააანალიზეს საშუალო დიაპაზონის ამინდის პროგნოზების ევროპული ცენტრის (ECMWF) მონაცემები 38 წლის განმავლობაში - 1979 წლიდან 2016 წლამდე, პლანეტის მთელ ზედაპირზე ზედაპირული ატმოსფერული წნევის საათობრივი ცვლილებების ჩათვლით. შედეგად, გამოვლინდა ათობით ადრე უცნობი ტალღის რეჟიმი - ჰარმონიული რხევების სისტემები, რომლებსაც მეცნიერები რეჟიმებს უწოდებენ.

მკვლევარები განსაკუთრებით დაინტერესდნენ ტალღებით მოკლე პერიოდებით ორიდან 33 საათამდე, რომლებიც ჰორიზონტალურად მრავლდებიან ატმოსფეროში მთელს მსოფლიოში უზარმაზარი სიჩქარით - 1100 კილომეტრზე მეტი საათში.

ამ ტალღებთან დაკავშირებული მაღალი და დაბალი წნევის ზონები ქმნიან რუკაზე დამახასიათებელ ჭადრაკის შაბლონს, რომელიც, თუმცა, განსხვავდება ოთხივე ძირითადი რეჟიმისთვის - კელვინი, როსბი, გრავიტაციული ტალღები და ამ უკანასკნელის კომბინაცია.

ჭადრაკის ნიმუში, რომელიც შექმნილია დაბალი (ლურჯი) და მაღალი (წითელი) წნევის რეგიონებით. მაგალითად, ნაჩვენებია ოთხი ძირითადი რეჟიმიდან ორი - კელვინი და გრავიტაციული დედამიწის ატმოსფეროს რხევის პერიოდებით 32, 4 და 9, 4 საათი. კომპიუტერული სიმულაციის შედეგები

საჰაერო ზარი

აღმოჩნდა, რომ დედამიწის ატმოსფერო ჰგავს ზარის რეკვას, როდესაც მაღალი ტონები ზედმეტად ედება ძირითად დაბალი სიხშირის ფონზე. ეს არის ღრმა ფონის ხმის კომბინაცია დახვეწილი ჭარბტენიანობით, რაც ზარის რეკვას ასე სასიამოვნოს ხდის.

მხოლოდ დედამიწის "მუსიკა" არის არა ხმოვანი, არამედ ატმოსფერული წნევის ტალღები, რომლებიც ფარავს მთელ დედამიწას. ოთხი ძირითადი რეჟიმიდან თითოეული არის ატმოსფეროს რეზონანსი, ზარის რეზონანსის ანალოგიით. ამ შემთხვევაში, დაბალი სიხშირის კელვინის ტალღები ვრცელდება აღმოსავლეთიდან დასავლეთისკენ, ხოლო დანარჩენი - დასავლეთიდან აღმოსავლეთისკენ.

მეცნიერებმა გამოთვალეს ოთხივე რეჟიმის დამატების შედეგად წარმოქმნილი რეზონანსის პარამეტრები, რაც ზუსტად დაემთხვა ლაპლასის პროგნოზებს. და ამან დაადასტურა მისი მთავარი აზრი, რომ ამინდი კონტროლდება ატმოსფერული წნევის ტალღებით.

„სასიხარულოა, რომ ლაპლასისა და სხვა პიონერი ფიზიკოსების ხედვა სრულად დადასტურდა ორი საუკუნის შემდეგ“, - ციტირებს ტაკატოში საკაზაკიმ ჰავაის უნივერსიტეტის პრესრელიზში მანოაში.

„ჩვენი ამდენი რეჟიმის იდენტიფიკაცია რეალურ სამყაროში არსებულ მონაცემებში გვიჩვენებს, რომ ატმოსფერო მართლაც ზარივით რეკავს“, განაგრძობს ჰამილტონი.

გლობალური რეზონანსის შესაძლო მიზეზად ავტორები ასახელებენ ატმოსფერული კონვექციის გამო დამალული გათბობის ზონების წარმოქმნას და ტურბულენტური ენერგიის ნაკადების გავრცელების კასკადურ მექანიზმს.

დაბალი (ლურჯი) და მაღალი (წითელი) წნევის რეგიონების გადაადგილება ოთხი ძირითადი რეჟიმისთვის: A - როსბის ტალღები; B - კელვინის ტალღები; С - გრავიტაციული ტალღები; D - შერეული რეჟიმი Rossby - გრავიტაცია

ეკვატორული ქარები ანტარქტიდაში

კიდევ ერთი ფენომენი, რომელიც დაკავშირებულია ატმოსფეროში ტალღებთან, ახლახან ახსნა ამერიკელმა მეცნიერებმა სამხრეთ კაროლინას კლემსონის უნივერსიტეტიდან და კოლორადოს უნივერსიტეტიდან ბოულდერში.

ანტარქტიდაში მაკმერდოს სადგურზე პოლარულ მორევებზე დაკვირვებით - ცივი ჰაერის მასიური წრიული დინებები, რომლებიც სპირალურად ტრიალებს დედამიწის თითოეულ პოლუსზე - მათ შენიშნეს, რომ ანტარქტიდის მორევი სინქრონულია ატმოსფეროში კვაზიორწლიანი რხევების ფაზებთან (QBO).

დაახლოებით ორ წელიწადში ერთხელ, დედამიწის ეკვატორზე დაბერილი გრძივი ქარები მიმართულებას იცვლის აღმოსავლეთიდან დასავლეთისკენ. ფრონტი იწყება სტრატოსფეროში 30 კილომეტრზე მეტ სიმაღლეზე და ქვევით მოძრაობს თვეში დაახლოებით ერთი კილომეტრის სიჩქარით. 13-14 თვის შემდეგ ქარის ინვერსია ერთდროულად ხდება მთელ ეკვატორის გასწვრივ. ამრიგად, სრული ციკლი გრძელდება 26-დან 28 თვემდე.

კვაზიორწლიანი რხევების ზოგადი სქემა

ამერიკელებმა დაადგინეს, რომ QBO-ს აღმოსავლურ ფაზაში, ანტარქტიდის მორევი ფართოვდება და იკუმშება დასავლეთის ფაზაში. ეს აიხსნება მერიდიული გრავიტაციული ტალღების ეკვატორიდან პოლუსებზე ატმოსფეროს სხვადასხვა ფენების გავლით.

ეს ტალღები დაფიქსირდა და ვარაუდობდნენ, რომ ისინი დაკავშირებულია ეკვატორზე დაბერილი ქარების მიმართულების ცვლილებასთან - დაკვირვების ადგილიდან ცხრა ათას კილომეტრზე მეტ მანძილზე. NASA-ს MERRA-2 მეტეოროლოგიური და ატმოსფერული დაკვირვების სისტემის მონაცემებთან შედარებამ 1999 წლიდან 2019 წლამდე ეს სრულად დაადასტურა.

დიდი ხანია ცნობილია, რომ პოლარული მორევის ზონის გაფართოება ცივ ამინდს მოაქვს შუა განედებამდე. თუმცა, ის ფაქტი, რომ ძირითადი მიზეზი ტროპიკებში სტრატოსფერული ქარების მიმართულების ცვლილებაა, მოულოდნელი იყო.

მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ მათ მიერ გამოვლენილი შაბლონები გამოიწვევს ამინდის პროგნოზირების უფრო ზუსტი კლიმატისა და ატმოსფერული ცირკულაციის მოდელებს. ამავე დროს, ისინი შეშფოთებულნი არიან, რომ ბოლო ათწლეულების განმავლობაში, ანთროპოგენური ფაქტორების გავლენა იზრდება.

ასე რომ, ოთხი წლის წინ ჩვენ შევნიშნეთ FTC-ის ციკლურობის დარღვევა. 2016 წლის თებერვალში აღმოსავლეთის ქარებზე გადასვლა მოულოდნელად შეწყდა. ერთ-ერთი შესაძლო მიზეზი გლობალური დათბობაა.

განგაშის ზარი

კიდევ უფრო დიდ შეშფოთებას იწვევს ექსტრემალური ამინდის მოვლენების მზარდი სიხშირე, რომელიც ხშირად ასევე დაკავშირებულია ატმოსფერული ტალღების ანომალიებთან. კერძოდ, მეცნიერები მიუთითებენ ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში კვაზი-სტაციონარული ატმოსფერული როსბის ტალღების გაჩენაზე.

Rossby Waves არის გიგანტური მოსახვევები მაღალ სიმაღლეზე ქარებში, რომლებიც დიდ გავლენას ახდენენ ამინდზე. თუ ისინი გადადიან კვაზისტაციონარულ მდგომარეობაში, ციკლონებისა და ანტიციკლონების ცვლილება შეჩერებულია. შედეგად, ზოგან კვირების განმავლობაში წვიმს, წყალდიდობად გადაიქცევა, ზოგან კი არქტიკაში არანორმალური სიცხე დგება, როგორც წელს.

სითბოს ტალღები და გვალვები, რომლებიც ზაფხულის განმავლობაში რამდენჯერმე ატყდება ცენტრალურ და ჩრდილოეთ ამერიკას, ცენტრალურ და აღმოსავლეთ ევროპას, კასპიის ზღვის რეგიონს და აღმოსავლეთ აზიას და გრძელდება ერთიდან ორ კვირამდე, სერიოზულ ზიანს აყენებს სოფლის მეურნეობას. ზედიზედ რამდენიმე წელია აქ მოსავალი იკლებს, რაც სოციალურ მდგომარეობას ართულებს.

ასე რომ, დედამიწის "მუსიკა" უფრო და უფრო ხშირად ჟღერს არა როგორც ნაზი მელოდია, არამედ საგანგაშო განგაშის ზარი.