Ett rutmönster av områden med lågt (blått) och högt (rött) tryck som rör sig österut genom tiden, genereras av bara två av de globala atmosfärens ringande vibrationer (perioder =32,4 timmar och 9,4 timmar). Upphovsman:Sakazaki och Hamilton (2020)
En ringande klocka vibrerar samtidigt med en låg tonhöjd och med många högre övertoner, ger ett trevligt musikaliskt ljud. En ny studie, just publicerat i Journal of the Atmospheric Sciences av forskare vid Kyoto University och University of Hawai'i i Mānoa, visar att hela jordens atmosfär vibrerar på ett analogt sätt, i en slående bekräftelse av teorier som utvecklats av fysiker under de senaste två århundradena.
När det gäller atmosfären, "musiken" kommer inte som ett ljud vi kunde höra, men i form av storskaliga vågor av atmosfärstryck som spänner över världen och reser runt ekvatorn, vissa rör sig från öst till väst och andra från väst till öst. Var och en av dessa vågor är en resonant vibration av den globala atmosfären, analog med en av de klockans resonanshöjningar. Den grundläggande förståelsen för dessa atmosfäriska resonanser började med spetsiga insikter i början av 1800 -talet av en av historiens största forskare, den franske fysikern och matematikern Pierre-Simon Laplace. Forskning från fysiker under de följande två århundradena förfinade teorin och ledde till detaljerade förutsägelser av de vågfrekvenser som borde finnas i atmosfären. Dock, den faktiska upptäckten av sådana vågor i den verkliga världen har släpat efter teorin.
Nu i en ny studie av Takatoshi Sakazaki, en biträdande professor vid Kyoto University Graduate School of Science, och Kevin Hamilton, en emeritusprofessor vid Institutionen för atmosfäriska vetenskaper och International Pacific Research Center vid University of Hawaii? i Mānoa, författarna presenterar en detaljerad analys av observerat atmosfärstryck över jordklotet varje timme i 38 år. Resultaten avslöjade tydligt förekomsten av dussintals av de förutsagda våglägena.
Studien fokuserade särskilt på vågor med perioder mellan 2 timmar och 33 timmar som vandrar horisontellt genom atmosfären, rör sig runt jorden med stora hastigheter (överstiger 700 miles per timme). Detta sätter upp ett karakteristiskt "chequerboard" -mönster för högt och lågt tryck i samband med dessa vågor när de sprider sig (se figur).
Tryckmönster för 4 av lägena när de sprids över hela världen. Upphovsman:Sakazaki och Hamilton (2020)
"För dessa snabbt rörliga våglägen, våra observerade frekvenser och globala mönster överensstämmer mycket bra med de teoretiskt förutsagda, "sade huvudförfattaren Sakazaki." Det är spännande att se visionen om Laplace och andra banbrytande fysiker så fullständigt validerad efter två århundraden. "
Men denna upptäckt betyder inte att deras arbete är gjort.
"Vår identifiering av så många lägen i verkliga data visar att atmosfären verkligen ringer som en klocka, "kommenterade medförfattaren Hamilton." Detta löser äntligen en mångårig och klassisk fråga inom atmosfärisk vetenskap, men det öppnar också en ny forskningsväg för att förstå både de processer som exciterar vågorna och de processer som verkar för att dämpa vågorna. "
Så låt den stämningsfulla musiken spela vidare!
