Մթնոլորտային ռեզոնանս, ո՞րն է այս երեւույթը և կարո՞ղ է կանխատեսել եղանակը:

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Երկրի մթնոլորտը թրթռում է հսկա զանգի պես. ալիքները շարժվում են հասարակածի երկայնքով երկու ուղղություններով՝ շրջապատելով երկրագունդը: Այս եզրակացությանն են հանգել Ճապոնիայի և ԱՄՆ-ի գիտնականները՝ հաստատելով մթնոլորտային ռեզոնանսի վաղեմի վարկածը։ Ի՞նչ է այս երևույթը և կարո՞ղ է այն օգտագործել եղանակը և երկարաժամկետ կլիմայի փոփոխությունը կանխատեսելու համար:

Լապլասի ալիքներ

19-րդ դարի սկզբին ֆրանսիացի ֆիզիկոս և մաթեմատիկոս Պիեռ-Սիմոն Լապլասը Երկրի մթնոլորտը համեմատեց մոլորակը ծածկող հսկայական օվկիանոսի հետ և ստացավ բանաձևեր, որոնք այսօր հայտնի են որպես Լապլասի մակընթացային հավասարումներ, որոնք օգտագործվում են եղանակի կանխատեսումների համար հաշվարկներում:

Լապլասը կարծում էր, որ մթնոլորտն ունի իր մակընթացությունն ու հոսքը, ինչպես նաև օդի զանգվածների և ջերմային էներգիայի ալիքները։ Ի թիվս այլ բաների, նա նշեց Երկրի մակերեւույթի ուղղահայաց տատանումները, որոնք տարածվում են հորիզոնական ուղղությամբ, որոնք կարող են արձանագրվել մակերեսային ճնշման փոփոխությամբ։

Մթնոլորտային ջերմային մակընթացությունները, որոնք կապված են Երկրի պտույտի հետ, վաղուց են հայտնաբերել երկրաֆիզիկոսների կողմից: Այնուամենայնիվ, հորիզոնական ալիքները չեն կարողացել հայտնաբերել: Եվ հիմա պարզ է, թե ինչու:

Ինչպես պարզել են Կիոտոյի համալսարանի Գիտությունների բարձրագույն դպրոցի Տակատոշի Սակազակին և Մանոայի Հավայան կղզիների համալսարանի Խաղաղօվկիանոսյան միջազգային հետազոտական կենտրոնի պրոֆեսոր Քևին Համիլթոնը, Լապլասի ալիքներն ունեն շատ մեծ մասշտաբներ՝ ծածկում են գրեթե ամբողջ կիսագնդերը և շատ կարճ։ ժամկետները, մեկ օրից պակաս:

Հետևաբար, դրանք անտեսվեցին տեղական մթնոլորտային երևույթների, ինչպիսիք են ամպրոպները, և օդային զանգվածների մեծ, բայց երկարաժամկետ տեղաշարժերը ուսումնասիրելիս:

Հորիզոնական ալիքների երկարությունների և մթնոլորտային երևույթների ժամանակաշրջանների դիագրամ, որոնք նախկինում ուսումնասիրվել են գիտնականների կողմից: Աստղը մակընթացային ալիքներ է: Կարմիր եզրագիծ - Լապլասի ալիքի ռեզոնանսային գոտի

Երկրի «Շախմատի տախտակ»

Հետազոտության հեղինակները վերլուծել են Միջին հեռավորության եղանակի կանխատեսումների եվրոպական կենտրոնի (ECMWF) տվյալները 38 տարվա ընթացքում՝ 1979-ից մինչև 2016 թվականը ներառյալ, ներառյալ մակերևութային մթնոլորտային ճնշման ժամային փոփոխությունները մոլորակի ողջ մակերեսով: Արդյունքում հայտնաբերվեցին նախկինում անհայտ ալիքի տասնյակ ռեժիմներ՝ ներդաշնակ տատանումների համակարգեր, որոնք գիտնականներն անվանում են ռեժիմներ։

Հետազոտողներին հատկապես հետաքրքրել են երկուից մինչև 33 ժամ կարճ ժամանակահատվածներով ալիքները, որոնք հորիզոնական տարածվում են մթնոլորտում ամբողջ երկրագնդի վրա հսկայական արագությամբ՝ ժամում ավելի քան 1100 կիլոմետր:

Այս ալիքների հետ կապված բարձր և ցածր ճնշման գոտիները քարտեզի վրա ստեղծում են շախմատի բնորոշ նախշ, որը, սակայն, տարբերվում է չորս հիմնական ռեժիմներից յուրաքանչյուրի համար՝ Քելվին, Ռոսբի, գրավիտացիոն ալիքներ և վերջին երկուսի համադրություն:

Ցածր (կապույտ) և բարձր (կարմիր) ճնշման շրջաններով ստեղծված շաշկի տախտակ: Որպես օրինակ՝ չորս հիմնական եղանակներից երկուսը ցույց են տրված՝ կելվին և գրավիտացիոն՝ Երկրի մթնոլորտի 32, 4 և 9, 4 ժամ տատանումների ժամանակաշրջաններով։ Համակարգչային մոդելավորման արդյունքներ

Օդային զանգ

Պարզվեց, որ Երկրի մթնոլորտը նման է ղողանջող զանգի, երբ ցածր հաճախականության հիմնական ֆոնի վրա դրվում են բարձր երանգներ։ Խորը ֆոնային ձայնի այս համադրությունն է նուրբ արտահոսքերով, որն այնքան հաճելի է դարձնում զանգի զանգը:

Միայն Երկրի «երաժշտությունը» ձայնային չէ, այլ մթնոլորտային ճնշման ալիքներ, որոնք ծածկում են ողջ երկրագունդը։ Չորս հիմնական եղանակներից յուրաքանչյուրը մթնոլորտի ռեզոնանս է՝ զանգի ռեզոնանսների համեմատությամբ: Այս դեպքում ցածր հաճախականությամբ Կելվինի ալիքները տարածվում են արևելքից արևմուտք, իսկ մնացածը՝ արևմուտքից արևելք։

Գիտնականները հաշվարկել են բոլոր չորս եղանակների ավելացումից առաջացող ռեզոնանսի պարամետրերը՝ ճիշտ համընկնում Լապլասի կանխատեսումների հետ։ Եվ դա հաստատեց նրա հիմնական միտքը, որ եղանակը կառավարվում է մթնոլորտային ճնշման ալիքներով։

«Ուրախալի է, որ Լապլասի և այլ պիոներ ֆիզիկոսների տեսլականը լիովին հաստատվել է երկու դար անց», - մեջբերում է Տակատոշի Սակազակին Մանոայի Հավայան կղզիների համալսարանի մամուլի հաղորդագրությունում:

«Իրական աշխարհի տվյալների մեջ այդքան շատ ռեժիմների մեր նույնականացումը ցույց է տալիս, որ մթնոլորտն իսկապես զանգի պես է հնչում», - շարունակում է Հեմիլթոնը:

Հեղինակները որպես գլոբալ ռեզոնանսի հնարավոր պատճառներ անվանում են թաքնված ջերմային գոտիների առաջացումը մթնոլորտային կոնվեկցիայի և տուրբուլենտ էներգիայի հոսքերի տարածման կասկադային մեխանիզմի պատճառով:

Ցածր (կապույտ) և բարձր (կարմիր) ճնշման շրջանների տեղաշարժը չորս հիմնական ռեժիմներից յուրաքանչյուրի համար. A - Rossby ալիքներ; B - Կելվինի ալիքներ; С - գրավիտացիոն ալիքներ; D - խառը ռեժիմ Rossby - ձգողականություն

Հասարակածային քամիները Անտարկտիդայում

Մթնոլորտում ալիքների հետ կապված մեկ այլ երևույթ վերջերս բացատրեցին Հարավային Կարոլինայի Քլեմսոն համալսարանի և Բոուլդերում գտնվող Կոլորադոյի համալսարանի ամերիկացի գիտնականները:

Դիտելով բևեռային պտույտները Անտարկտիդայի ՄակՄուրդո կայարանում՝ սառը օդի զանգվածային շրջանաձև հոսանքներ, որոնք պտտվում են Երկրի բևեռներից յուրաքանչյուրի վրայով, նրանք նկատեցին, որ Անտարկտիդայի հորձանուտը համաժամանակյա է մթնոլորտի քվազի-երկամյա տատանումների փուլերի հետ (QBO):

Մոտավորապես երկու տարին մեկ Երկրի հասարակածում փչող լայնական քամիները փոխում են ուղղությունը արևելքից արևմուտք: Ճակատը սկսվում է ստրատոսֆերայում ավելի քան 30 կիլոմետր բարձրությունից և շարժվում դեպի ներքև ամսական մոտ մեկ կիլոմետր արագությամբ: 13-14 ամիս հետո քամու ինվերսիա տեղի է ունենում միաժամանակ ողջ հասարակածի երկայնքով: Հետևաբար, ամբողջական ցիկլը տևում է 26-ից 28 ամիս:

Քվազիերկամյա տատանումների ընդհանուր սխեման

Ամերիկացիները պարզել են, որ QBO-ի արևելյան փուլում անտարկտիկական հորձանուտն ընդարձակվում և կծկվում է արևմտյան փուլում: Դա բացատրվում է միջօրեական գրավիտացիոն ալիքների հասարակածից դեպի բևեռներ մթնոլորտի տարբեր շերտերով անցումով։

Այս ալիքները գրանցվեցին և ենթադրեցին, որ դրանք կապված են հասարակածում փչող քամիների ուղղության փոփոխության հետ՝ դիտակետից ավելի քան ինը հազար կիլոմետր հեռավորության վրա: NASA-ի MERRA-2 օդերևութաբանական և մթնոլորտային դիտորդական համակարգի տվյալների հետ համեմատությունը 1999-2019 թվականներին լիովին հաստատեց դա:

Վաղուց հայտնի է, որ բևեռային հորձանուտի գոտու ընդլայնումը սառը եղանակ է բերում միջին լայնություններ: Այնուամենայնիվ, այն փաստը, որ հիմնական պատճառը արևադարձային գոտիներում ստրատոսֆերային քամիների ուղղության փոփոխությունն է, անակնկալի եկավ:

Գիտնականները հույս ունեն, որ իրենց բացահայտած օրինաչափությունները կհանգեցնեն ավելի ճշգրիտ կլիմայի և մթնոլորտային շրջանառության մոդելների՝ եղանակի կանխատեսման համար: Միևնույն ժամանակ, նրանք մտահոգված են, որ վերջին տասնամյակների ընթացքում մարդածին գործոնների ազդեցությունը մեծանում է։

Այսպիսով, չորս տարի առաջ մենք նկատեցինք FTC-ի ցիկլայինության խախտում: 2016 թվականի փետրվարին կտրուկ ընդհատվեց անցումը դեպի արևելյան քամիներ։ Հնարավոր պատճառներից մեկը գլոբալ տաքացումն է։

Տագնապային զանգ

Ավելի մեծ մտահոգություն է առաջացնում էքստրեմալ եղանակային իրադարձությունների հաճախականության աճը, որոնք հաճախ կապված են նաև մթնոլորտային ալիքների անոմալիաների հետ: Մասնավորապես, գիտնականները մատնանշում են Հյուսիսային կիսագնդում քվազի-ստացիոնար մթնոլորտային Ռոսբի ալիքների առաջացումը:

Ռոսբի ալիքները հսկա ոլորաններ են բարձր բարձրության քամիների ժամանակ, որոնք մեծ ազդեցություն են ունենում եղանակի վրա: Եթե դրանք անցնում են քվազի-ստացիոնար վիճակի, ապա ցիկլոնների և անտիցիկլոնների փոփոխությունը կասեցվում է։ Արդյունքում որոշ տեղերում շաբաթներ շարունակ անձրև է գալիս՝ վերածվելով ջրհեղեղների, իսկ որոշ վայրերում՝ աննորմալ շոգ, ինչպես այս տարի Արկտիկայում։

Ջերմային ալիքներն ու երաշտները, որոնք ամռան ընթացքում մի քանի անգամ հարվածում են Կենտրոնական և Հյուսիսային Ամերիկայի, Կենտրոնական և Արևելյան Եվրոպայի, Կասպից ծովի տարածաշրջանին և Արևելյան Ասիային և տեւում են մեկից երկու շաբաթ, լուրջ վնաս են հասցնում գյուղատնտեսությանը: Մի քանի տարի անընդմեջ այստեղ բերքահավաքը նվազում է, ինչը բարդացնում է սոցիալական վիճակը։

Այսպիսով, Երկրի «երաժշտությունը» ավելի ու ավելի հաճախ հնչում է ոչ թե որպես մեղմ մեղեդի, այլ տագնապալի զանգ։