تشدید جوی، این پدیده چیست و آیا می تواند آب و هوا را پیش بینی کند؟

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

جو زمین مانند یک زنگ غول پیکر می لرزد: امواج در امتداد استوا در هر دو جهت حرکت می کنند و کره زمین را احاطه می کنند. دانشمندان ژاپنی و ایالات متحده به این نتیجه رسیدند که فرضیه طولانی مدت تشدید جو را تأیید می کند. این پدیده چیست و آیا می توان از آن برای پیش بینی آب و هوا و تغییرات طولانی مدت آب و هوا استفاده کرد؟

امواج لاپلاس

در اوایل قرن نوزدهم، فیزیکدان و ریاضیدان فرانسوی، پیر سیمون لاپلاس، جو زمین را با اقیانوس وسیعی که سیاره را پوشانده بود مقایسه کرد و فرمول هایی را استخراج کرد که امروزه به عنوان معادلات جزر و مد لاپلاس شناخته می شود و در محاسبات برای پیش بینی آب و هوا استفاده می شود.

لاپلاس معتقد بود که جو دارای جزر و مد خاص خود و همچنین امواج توده های هوا و انرژی گرمایی است. وی از جمله به نوسانات عمودی در سطح زمین اشاره کرد که در جهت افقی منتشر می شوند که با تغییرات فشار سطحی قابل ثبت است.

جزر و مدهای گرمایی جو مرتبط با چرخش زمین مدتهاست که توسط ژئوفیزیکدانان کشف شده است. با این حال، امواج افقی را نمی توان تشخیص داد. و حالا مشخص است که چرا.

همانطور که تاکاتوشی ساکازاکی از دانشکده علوم تحصیلات تکمیلی دانشگاه کیوتو و کوین همیلتون، استاد مرکز تحقیقات بین المللی اقیانوس آرام در دانشگاه هاوایی در مانوآ دریافتند، امواج لاپلاس مقیاس های بسیار بزرگی دارند - تقریباً تمام نیمکره ها را پوشش می دهند - و بسیار کوتاه هستند. دوره ها، کمتر از یک روز

بنابراین، آنها در مطالعه پدیده های جوی محلی، مانند رعد و برق، و در مطالعه حرکات بزرگ، اما طولانی مدت توده های هوا نادیده گرفته شدند.

نمودار طول موج های افقی و دوره های پدیده های جوی که قبلا توسط دانشمندان مورد مطالعه قرار گرفته بود. ستاره امواج جزر و مدی است. کانتور قرمز - منطقه تشدید موج لاپلاس

"صفحه شطرنج" زمین

نویسندگان این مطالعه داده‌های مرکز اروپایی پیش‌بینی‌های هوای متوسط (ECMWF) را به مدت 38 سال - از سال 1979 تا 2016 شامل تغییرات ساعتی فشار اتمسفر سطحی در کل سطح سیاره، تجزیه و تحلیل کردند. در نتیجه، ده ها حالت موج قبلاً ناشناخته شناسایی شدند - سیستم های نوسانات هارمونیک، که دانشمندان آنها را حالت می نامند.

محققان به‌ویژه به امواجی با دوره‌های کوتاه بین دو تا ۳۳ ساعت علاقه‌مند بودند که با سرعت فوق‌العاده - بیش از ۱۱۰۰ کیلومتر در ساعت، به صورت افقی در جو در سراسر جهان منتشر می‌شوند.

مناطق فشار بالا و پایین مرتبط با این امواج یک الگوی شطرنجی مشخصه را روی نقشه ایجاد می کنند، که با این حال، برای هر یک از چهار حالت اصلی - کلوین، راسبی، امواج گرانشی و ترکیبی از دو حالت دوم متفاوت است.

یک الگوی شطرنجی که توسط مناطق فشار کم (آبی) و بالا (قرمز) ایجاد شده است. به عنوان مثال، دو حالت از چهار حالت اصلی نشان داده شده است - کلوین و گرانشی با دوره های نوسان جو زمین 32، 4 و 9، 4 ساعت. نتایج شبیه سازی کامپیوتری

زنگ هوا

معلوم شد که اتمسفر زمین مانند یک زنگ زنگ است، زمانی که رنگ‌های بلند روی پس‌زمینه اصلی فرکانس پایین قرار می‌گیرند. این ترکیبی از صدای پس زمینه عمیق با سرریزهای ظریف است که صدای زنگ را بسیار لذت بخش می کند.

فقط "موسیقی" زمین صدا نیست، بلکه امواج فشار اتمسفر است که کل کره زمین را می پوشاند. هر یک از چهار حالت اصلی طنین اتمسفر است، به قیاس با طنین یک زنگ. در این مورد، امواج کلوین با فرکانس پایین از شرق به غرب، و بقیه - از غرب به شرق منتشر می شود.

دانشمندان پارامترهای تشدید ناشی از افزودن هر چهار حالت را محاسبه کردند که دقیقاً با پیش بینی های لاپلاس مطابقت داشت. و این ایده اصلی او را تأیید کرد که آب و هوا توسط امواج فشار اتمسفر کنترل می شود.

تاکاتوشی ساکازاکی در بیانیه ای مطبوعاتی از دانشگاه هاوایی در مانوآ نقل کرد: «خوشحال است که دیدگاه لاپلاس و دیگر فیزیکدانان پیشگام دو قرن بعد به طور کامل تأیید شد.

همیلتون ادامه می‌دهد: «شناسایی ما از بسیاری از حالت‌ها در داده‌های دنیای واقعی نشان می‌دهد که جو واقعاً مانند یک زنگ زنگ می‌زند.»

نویسندگان از وقوع مناطق گرمایش پنهان به دلیل همرفت اتمسفر و مکانیسم آبشاری انتشار جریان های انرژی آشفته به عنوان علل احتمالی تشدید جهانی نام می برند.

جابجایی نواحی فشار کم (آبی) و زیاد (قرمز) برای هر یک از چهار حالت اصلی: الف - امواج راسبی. ب - امواج کلوین; С - امواج گرانشی؛ د - حالت مخلوط راسبی - گرانش

بادهای استوایی در قطب جنوب

پدیده دیگری مرتبط با امواج در جو اخیرا توسط دانشمندان آمریکایی از دانشگاه کلمسون در کارولینای جنوبی و دانشگاه کلرادو در بولدر توضیح داده شده است.

با مشاهده گرداب های قطبی در ایستگاه مک موردو در قطب جنوب - جریان های دایره ای عظیم هوای سرد که بر روی هر یک از قطب های زمین می چرخند - متوجه شدند که گرداب قطب جنوب با فازهای نوسانات شبه دوسالانه در جو (QBO) همگام است.

تقریباً هر دو سال یکبار، بادهای عرضی که در خط استوای زمین می وزند از شرق به غرب تغییر جهت می دهند. جبهه از ارتفاع بیش از 30 کیلومتری در استراتوسفر شروع می شود و با سرعت حدود یک کیلومتر در ماه به سمت پایین حرکت می کند. پس از 13-14 ماه، وارونگی باد به طور همزمان در سراسر استوا رخ می دهد. بنابراین یک چرخه کامل از 26 تا 28 ماه طول می کشد.

طرح کلی نوسانات شبه دوسالانه

آمریکایی ها دریافتند که در مرحله شرقی QBO، گرداب قطب جنوب در مرحله غربی منبسط و منقبض می شود. این با عبور امواج گرانشی نصف النهاری از استوا به قطب ها از طریق لایه های مختلف جو توضیح داده می شود.

این امواج ثبت شد و پیشنهاد شد که آنها با تغییر جهت بادهایی که در خط استوا می وزند - در فاصله بیش از نه هزار کیلومتری از محل رصد مرتبط هستند. مقایسه با داده های سامانه رصدی هواشناسی و جوی MERRA-2 ناسا برای دوره 1999 تا 2019 کاملاً این موضوع را تأیید کرد.

مدتهاست که شناخته شده است که گسترش ناحیه گرداب قطبی هوای سرد را به عرض های جغرافیایی متوسط می آورد. با این حال، این واقعیت که علت اصلی تغییر جهت بادهای استراتوسفر در مناطق استوایی است، باعث تعجب شد.

دانشمندان امیدوارند که الگوهایی که شناسایی کرده‌اند به مدل‌های دقیق‌تر اقلیمی و گردش جوی برای پیش‌بینی آب و هوا منجر شود. در عین حال، آنها نگران هستند که در دهه های اخیر، تأثیر عوامل انسانی در حال افزایش است.

بنابراین، چهار سال پیش، ما متوجه نقض چرخه بودن FTC شدیم. در فوریه 2016، انتقال به بادهای شرقی به طور ناگهانی قطع شد. یکی از دلایل احتمالی گرمایش زمین است.

زنگ هشدار

نگرانی حتی بیشتر، فرکانس فزاینده رویدادهای شدید آب و هوایی است که اغلب با ناهنجاری های امواج جوی نیز همراه است. به طور خاص، دانشمندان به وقوع امواج جوی نیمه ثابت راسبی در نیمکره شمالی اشاره می کنند.

امواج راسبی خمیدگی های غول پیکری در بادهای با ارتفاع بالا هستند که تأثیر عمیقی بر آب و هوا دارند. اگر به حالت شبه ایستا برسند، تغییر سیکلون ها و پادسیکلون ها به حالت تعلیق در می آید. در نتیجه، در برخی نقاط هفته ها باران می بارد و به سیل تبدیل می شود، در حالی که در برخی دیگر مانند امسال در قطب شمال، گرمای غیرعادی ایجاد می شود.

موج گرما و خشکسالی که در تابستان چندین بار در آمریکای مرکزی و شمالی، اروپای مرکزی و شرقی، منطقه دریای خزر و شرق آسیا را درنوردیده و یک تا دو هفته طول می کشد، آسیب های جدی به کشاورزی وارد می کند. چندین سال متوالی است که برداشت در اینجا کاهش می یابد که وضعیت اجتماعی را پیچیده می کند.

بنابراین "موسیقی" زمین بیشتر و بیشتر نه مانند یک ملودی ملایم، بلکه یک زنگ هشدار هشدار دهنده به نظر می رسد.