Tabla de contenido:
- Ondas de Laplace
- "Tablero de ajedrez" de la Tierra
- Campana de aire
- Vientos ecuatoriales en la Antártida
- Alarma
Video: Resonancia atmosférica, ¿qué es este fenómeno y puede predecir el clima?
2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02
La atmósfera de la Tierra vibra como una campana gigante: las ondas viajan a lo largo del ecuador en ambas direcciones, rodeando el globo. Científicos de Japón y Estados Unidos llegaron a esta conclusión, lo que confirma la hipótesis de larga data de la resonancia atmosférica. ¿Qué es este fenómeno y se puede utilizar para predecir el tiempo y el cambio climático a largo plazo?
Ondas de Laplace
A principios del siglo XIX, el físico y matemático francés Pierre-Simon Laplace comparó la atmósfera de la Tierra con un vasto océano que cubre el planeta y fórmulas derivadas, conocidas hoy como ecuaciones de mareas de Laplace, utilizadas en cálculos para hacer predicciones meteorológicas.
Laplace creía que la atmósfera tiene su propio flujo y reflujo, así como ondas de masas de aire y energía térmica. Entre otras cosas, mencionó las oscilaciones verticales en la superficie de la Tierra, que se propagan en la dirección horizontal, que pueden registrarse por cambios en la presión superficial.
Los geofísicos han descubierto desde hace mucho tiempo las mareas de calor atmosférico asociadas con la rotación de la Tierra. Sin embargo, no se pudieron detectar ondas horizontales. Y ahora está claro por qué.
Como descubrieron Takatoshi Sakazaki de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Kyoto y Kevin Hamilton, profesor del Centro Internacional de Investigación del Pacífico en la Universidad de Hawai en Manoa, las ondas de Laplace tienen escalas muy grandes, cubren casi hemisferios enteros, y muy cortas. períodos, menos de un día.
Por lo tanto, se pasaron por alto en el estudio de los fenómenos atmosféricos locales, como las tormentas eléctricas, y en el estudio de los movimientos grandes pero a largo plazo de masas de aire.
Diagrama de longitudes de onda horizontales y períodos de fenómenos atmosféricos que fueron previamente estudiados por científicos. La estrella son los maremotos. Contorno rojo - Zona de resonancia de ondas de Laplace
"Tablero de ajedrez" de la Tierra
Los autores del estudio analizaron datos del Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos a Medio Plazo (ECMWF) durante 38 años, desde 1979 hasta 2016 inclusive, incluidos los cambios horarios en la presión atmosférica superficial en toda la superficie del planeta. Como resultado, se identificaron docenas de modos de onda previamente desconocidos: sistemas de oscilaciones armónicas, que los científicos llaman modos.
Los investigadores estaban especialmente interesados en ondas con períodos cortos de dos a 33 horas, que se propagaban horizontalmente en la atmósfera alrededor del mundo a una velocidad tremenda, más de 1100 kilómetros por hora.
Las zonas de alta y baja presión asociadas con estas ondas crean un patrón de tablero de ajedrez característico en el mapa, que, sin embargo, difiere para cada uno de los cuatro modos principales: Kelvin, Rossby, ondas gravitacionales y una combinación de los dos últimos.
Un patrón de tablero de ajedrez creado por las regiones de presión baja (azul) y alta (roja). Como ejemplo, se muestran dos de los cuatro modos principales: Kelvin y gravitacional con períodos de oscilación de la atmósfera terrestre de 32, 4 y 9, 4 horas. Resultados de la simulación por computadora
Campana de aire
Resultó que la atmósfera de la Tierra es como una campana que suena, cuando los matices altos se superponen al fondo principal de baja frecuencia. Es esta combinación de sonido de fondo profundo con desbordamientos sutiles lo que hace que el timbre sea tan agradable.
Sólo la "música" de la Tierra no es sonido, sino ondas de presión atmosférica que cubren todo el globo. Cada uno de los cuatro modos principales es una resonancia de la atmósfera, por analogía con las resonancias de una campana. En este caso, las ondas Kelvin de baja frecuencia se propagan de este a oeste, y el resto, de oeste a este.
Los científicos calcularon los parámetros de la resonancia que surgen de la suma de los cuatro modos, coincidiendo exactamente con las predicciones de Laplace. Y esto confirmó su idea principal de que el clima está controlado por ondas de presión atmosférica.
"Es gratificante que la visión de Laplace y otros físicos pioneros se haya confirmado completamente dos siglos después", citó Takatoshi Sakazaki en un comunicado de prensa de la Universidad de Hawai en Manoa.
"Nuestra identificación de tantos modos en datos del mundo real muestra que la atmósfera realmente suena como una campana", continúa Hamilton.
Los autores nombran la ocurrencia de zonas de calentamiento ocultas debido a la convección atmosférica y el mecanismo en cascada de propagación de flujos de energía turbulenta como posibles causas de resonancia global.
Desplazamiento de las regiones de presión baja (azul) y alta (roja) para cada uno de los cuatro modos principales: A - ondas de Rossby; B - ondas de Kelvin; С - ondas gravitacionales; D - modo mixto Rossby - gravedad
Vientos ecuatoriales en la Antártida
Otro fenómeno asociado con las ondas en la atmósfera fue explicado recientemente por científicos estadounidenses de la Universidad de Clemson en Carolina del Sur y la Universidad de Colorado en Boulder.
Al observar los vórtices polares en la estación McMurdo en la Antártida, corrientes circulares masivas de aire frío que se mueven en espiral sobre cada uno de los polos de la Tierra, notaron que el vórtice antártico es sincrónico con las fases de las oscilaciones cuasi bienales en la atmósfera (QBO).
Aproximadamente cada dos años, los vientos latitudinales que soplan en el ecuador de la Tierra cambian de dirección de este a oeste. El frente comienza a una altitud de más de 30 kilómetros en la estratosfera y se mueve hacia abajo a una velocidad de aproximadamente un kilómetro por mes. Después de 13-14 meses, la inversión del viento ocurre simultáneamente a lo largo de todo el ecuador. Por tanto, un ciclo completo dura de 26 a 28 meses.
Esquema general de oscilaciones cuasi bienales
Los estadounidenses descubrieron que durante la fase oriental de la QBO, el vórtice antártico se expande y contrae durante la fase occidental. Esto se explica por el paso de ondas gravitacionales meridionales desde el ecuador hacia los polos a través de diferentes capas de la atmósfera.
Estas ondas se registraron y sugirieron que están asociadas con un cambio en la dirección de los vientos que soplan en el ecuador, a una distancia de más de nueve mil kilómetros del sitio de observación. La comparación con los datos del sistema de observación meteorológica y atmosférica MERRA-2 de la NASA para el período de 1999 a 2019 confirmó completamente esto.
Se sabe desde hace mucho tiempo que la expansión de la zona del vórtice polar trae el clima frío a las latitudes medias. Sin embargo, el hecho de que la causa principal sea un cambio en la dirección de los vientos estratosféricos en los trópicos fue una sorpresa.
Los científicos esperan que los patrones que han identificado conduzcan a modelos de circulación atmosférica y climática más precisos para la predicción del tiempo. Al mismo tiempo, les preocupa que en las últimas décadas el impacto de los factores antropogénicos haya ido en aumento.
Entonces, hace cuatro años, notamos una violación de la ciclicidad de la FTC. En febrero de 2016, la transición a los vientos del este se interrumpió abruptamente. Una de las posibles razones es el calentamiento global.
Alarma
Aún más preocupante es la frecuencia cada vez mayor de fenómenos meteorológicos extremos, que a menudo también se asocian con anomalías de las ondas atmosféricas. En particular, los científicos señalan la aparición de ondas de Rossby atmosféricas cuasi estacionarias en el hemisferio norte.
Las olas de Rossby son curvas gigantes en los vientos de gran altitud que tienen un efecto profundo en el clima. Si pasan a un estado cuasi-estacionario, se suspende el cambio de ciclones y anticiclones. Como resultado, en algunos lugares llueve durante semanas, convirtiéndose en inundaciones, mientras que en otros se establece un calor anormal, como este año en el Ártico.
Las olas de calor y las sequías que azotan América Central y del Norte, Europa Central y Oriental, la región del Mar Caspio y Asia Oriental varias veces durante el verano y que duran de una a dos semanas, causan graves daños a la agricultura. Durante varios años seguidos, las cosechas han ido disminuyendo aquí, lo que complica la situación social.
De modo que la "música" de la Tierra suena cada vez más a menudo no como una melodía suave, sino como una alarma alarmante.
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