Что такое атмосферный резонанс?

​Атмосфера Земли «находится в постоянном движении и звенит, как колокол». Соответственное исследование ученых из Японии и США опубликовано в научном журнале Journal of the Atmospheric Sciences.

Его авторы — Кевин Гамильтон из Гавайского университета и Такатоши Саказаки из Киотского университета — смогли выяснить, при каких условиях в атмосфере возникают волны, длина которых составляет от 1 000 до 10 000 километров. Некоторые из них могут резонировать подобно звуковым волнам внутри колокола.

Что за «загадочные взрывы» в атмосфере засёк российский спутник? Подробнее

Что за гипотеза об атмосферном резонансе?

В начале XIX века французский физик и математик Пьер-Симон Лаплас утверждал, что атмосфера Земли похожа на огромный океан, покрывающий планету. Он вывел формулы, которые впоследствии назвали приливными уравнениями Лапласа. Их используют для расчетов при составлении прогнозов погоды.

Ученый считал, что в атмосфере есть свои приливы и отливы, а также волны воздушных масс и тепловой энергии. Кроме того, он говорил о вертикальных колебаниях у поверхности Земли, которые распространяются в горизонтальном направлении и которые можно зафиксировать по изменениям приземного давления. Если атмосферные тепловые приливы, связанные с вращением Земли, современным геофизикам удалось обнаружить, то горизонтальные волны до недавнего времени — нет.

Как ученые смогли доказать гипотезу Лапласса?

Ученые проанализировали материалы Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) с 1979 по 2016 год, отсмотрев данные об атмосферном давлении по всему миру за каждый час. В результате исследователи выявили десятки ранее неизвестных волновых режимов — систем гармонических колебаний, которые назвали модами.

Гамильтон и Саказаки пришли к выводу, что существуют глобальные волновые структуры, которые перемещаются вокруг земного шара. Длина их составляет от 1 000 до 10 000 километров, такие волны характерны для инфразвука. Волны Лапласа охватывают чуть ли не целые полушария, но имеют очень короткие периоды: меньше суток.

Ученые доказали, что зоны повышенного и пониженного давления, связанные с этими волнами, создают на карте характерный узор «шахматной доски»: они несутся по планете со скоростью более 1 000 километров в час. Во время движения на нужной высоте и скорости такие волны могут создавать в атмосфере резонанс.

«Наша идентификация стольких мод в реальных данных показывает: атмосфера действительно звенит, как колокол. Это наконец разрешает давнюю классическую проблему атмосферного резонанса, а также позволяет лучше понять, какие процессы возбуждают волны, а какие их гасят», — пишет Гамильтон.

Исследователи полагают, что полученные данные в дальнейшем смогут помочь в диагностике атмосферной циркуляции.

Чем могут быть опасны волновые явления в атмосфере?

Экстремальные погодные явления зачастую могут быть связаны с волновыми аномалиями в атмосфере. Например, еще в 2019 году группа ученых из США, Германии и Нидерландов описала возникновение квазистационарных атмосферных волн Россби в Северном полушарии.

Где ещё дует ветер, кроме Земли? Подробнее

Атмосферные волны Россби — это гигантские изгибы высотных ветров, оказывающие большое влияние на погоду. Эти волны ассоциируются с зонами давления и высотными струйными течениями, они принимают участие в формировании циклонов и антициклонов.

Когда волны переходят в квазистационарное состояние, смена циклонов и антициклонов приостанавливается. Как следствие, в одних местах могут неделями идти дожди, а в других устанавливается аномальная жара. Такие волны жары и засухи могут приходить в Центральную и Северную Америку, Центральную и Восточную Европу, регион Каспийского моря и Восточную Азию по несколько раз за лето и длиться одну-две недели, что приводит к серьезному ущербу для сельского хозяйства.