Carl-Gustaf Arvid Rossby var en svenskfödd meteorolog som lämnade ett stort arv efter sig. Rossby tillbringade andra världskriget med att utbilda forskare för den amerikanska militären och gav förutseende varningar om klimatförändringar. Även om han dog 1957, lever mannens namn vidare i ett fenomen som han upptäckte under det turbulenta 1930-talet:Rossby-vågor.
Även kallade "planetära vågor", dessa har en enorm effekt på vår atmosfär och hav. Som James R. Holton och Gregory J. Hakim skriver i sin bok, "An Introduction to Dynamic Meteorology", är Rossby-vågor "[den] vågtyp som är av störst betydelse för storskaliga meteorologiska processer."
De påverkar allt från högvatten till extrema vädermönster. Och det är precis vad som händer på jorden . Låt oss inte bortse från solen, som upplever sina egna Rossbyvågor. Det gör även atmosfärerna på Venus och Jupiter.
Men vad definierar dessa saker? Vad är det som gör en Rossby-våg till en Rossby-våg?
Innehåll
Rossby-vågor är något som kan uppstå i vätskor .
Vi pratar inte bara om vätskor här. Varje flytande ämne som ständigt deformeras av påkänningar (som friktion) som verkar på dess yta i parallell riktning anses vara en vätska. Med detta mått är själva luften en vätska, tillsammans med våra våta och underbara hav.
En sann Rossby-våg måste uppfylla vissa specifika kriterier. För det första förekommer dessa vågor bara inuti barotropiska vätskor - en kategori av vätskor vars densitet är en funktion av enbart tryck. Dessutom är Rossby-vågor naturliga biprodukter av Coriolis-effekten.
Det är dags för en ansvarsfriskrivning. Människor har länge anklagat Coriolis-effekten för att manipulera australiska toaletter. Detta är falskt. I motsats till vad de urbana legenderna säger, har Coriolis-effekten lite att göra med hur vattnet virvlar i en nyspolad john.
Vad det faktiskt gör handlar om hur vissa objekt verkar röra sig när de färdas över en roterande kropp, som jorden eller solen.
Vår hemvärld roterar österut runt sin egen axel, den osynliga linjen som skär genom planeten och förbinder nord- och sydpolen. Jorden är också mycket tjockare runt ekvatorn än den är vid någon av polerna. Så, av nödvändighet, när planeten vänder, snurrar dess ekvatorialområden med en snabbare hastighet än de högre breddgraderna gör.
Varje gång du står på ekvatorn snurras du - och marken under dina fötter - österut i nästan 1 030 miles per timme (1 670 kilometer i timmen). Men när du står i den arktiska staden Utqiaġvik, Alaska, på en latitud av 71 grader över ekvatorn, kommer din rotationshastighet österut att minskas till bara 340 miles per timme (eller 550 kilometer i timmen).
Den skillnaden förklarar varför luftburna föremål som färdas i nord-sydlig riktning verkar gå ur kurs istället för att röra sig i en rak linje.
"Rossby-vågor existerar på grund av Coriolis-effekten", säger Mausumi Dikpati, senior forskare, modellerare och teoretisk solfysiker vid Colorado-baserade High Altitude Observatory (HAO), i ett mejl. "Ingen rotation, inga Rossby-vågor."
På jorden förekommer Rossby-vågor i vår atmosfär och våra hav. Forskare har känt till atmosfäriska Rossby-vågor sedan 1939, medan oceaniska Rossby-vågor först observerades redan 1977.
De två har mycket gemensamt. Dikpati berättar att de båda är orsakade av "coriolis-styrkornas verkan."
En annan bidragande faktor är solen. Istället för att värma vår planet jämnt värmer solljuset upp ekvatorn i en snabbare takt än tempererade zoner och polerna. Därför har jorden en naturlig temperaturgradient baserad på latitud.
Sedan har vi vindarna, vars styrka och riktning kan påverkas djupt av deras höjd.
"Atmosfäriska Rossby-vågor exciteras av instabiliteter i latitudtemperaturgradienten och vertikal vindgradient, medan oceaniska Rossby-vågor kan exciteras av både det och effekterna av vinden på havsytan," förklarar Dikpati.
När dessa vågor äger rum i havet är de vanligtvis mindre i skala än Rossbyvågorna i vår atmosfär. Dessutom säger Dikpati att oceaniska Rossby-vågor är "begränsade till havsbassänger, medan atmosfäriska vågor utbreder sig hela vägen runt jorden."
Du kan inte riktigt observera marina Rossby-vågor med blotta ögat när du står på planetens ansikte. Men lyckligtvis för forskare kan konstgjorda satelliter övervaka deras framsteg.
Att kalla vågorna "långsamma" vore en underdrift. På låga breddgrader kan de "ta månader till ett år att korsa [Stillahavsområdet] hav ", enligt US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
Längre bort från ekvatorn kan Pacific Rossby-vågor färdas i en takt som är ännu lugnare, ibland kräver ett decennium eller mer för att korsa världens största hav.
Trots sin långsamhet är Rossbyvågor inget som kustsamhällen bör ignorera. De kan göra högvatten högre än vanligt. Inte överraskande har vågorna också kopplats till svåra översvämningar.
Hela strandlinjerna kan påverkas; inkommande Rossby-vågor kan höja vattennivån över hundratals miles (eller flera hundra kilometer) av egendom vid havet under en period av månader – vilket orsakar förödelse på den lokala infrastrukturen.
En studie från 2018 fann att Rossby-vågor kan få kustnära havsnivåer att stiga med över 3,9 tum (10 centimeter), vilket inte är något att nysa åt, inte i en värld där nästan 40 procent av befolkningen bor inom 60 miles (eller cirka 100 mil). kilometer) av havet.
Jetströmmar är en annan lekplats för Rossby Waves.
Jetströmmar som bildas vid de konvergerande gränserna för varma och kalla luftmassor är snabbrörliga strömmar. De kryssar genom vår atmosfär ungefär 8 till 14,4 kilometer över planetens yta och reser med en medelhastighet på 110 miles per timme (eller 177 kilometer i timmen).
Jorden har fyra primära jetströmmar - med två i polarområdena och en uppsättning "subtropiska" strömmar på vardera sidan om ekvatorn. Alla fyra reser från väst till öst.
"Vågor i [jetströmmen], som vi ser dem på väderkartor, är nära besläktade med Rossbyvågor", säger Dikpati. "De interagerar med de genomsnittliga öst-västliga vindarna för att producera de vågliknande mönster vi ser såväl som de [storskaliga] väderförändringarna vi känner. Denna interaktion är kärnan i moderna numeriska väderprognosmodeller."
Forskare dokumenterade "extrema värmeböljor" i Europa under åren 2003, 2010 och 2015. Var och en av dessa händelser har kopplats till en serie Rossby-vågor som hade slingrat sig genom norra halvklotets subtropiska jetström.
De vridna vågorna kan stoppa hög- eller lågtrycksvädersystem, vilket begränsar deras rörelse under långa perioder. Under fel omständigheter kan det utlösa naturliga kriser som översvämningar och torka. Redan 2018 var Rossby-vågaktiviteten inblandad i både japanska översvämningar och nordamerikanska värmeböljor.
Sådana händelser kan få globala konsekvenser. En studie från 2020 publicerad i tidskriften "Nature Climate Change" hävdade att Rossby-vågor kan utgöra ett stort hot mot internationell livsmedelssäkerhet. Det är inte svårt att föreställa sig värmeperioder som orsakas av dessa vågor som sänker växtodlingen med så mycket som 11 procent i regioner som har blivit avgörande för världens livsmedelsförsörjning. Förtjusande.
Nu är det intressantDikpati studerar bland annat Rossbyvågornas bildande och beteende på solen. "Solar Rossby-vågor observerades först i rörelsen av magnetiska strukturer i solkoronan", säger hon. För rekordet är koronan solens utsträckta yttre atmosfär, ett ljust lager som tittar ut på jorden bakom månen under totala solförmörkelser. Genom att studera solens Rossby-vågor hoppas forskarna få en bättre förståelse för miljöförändringar som kallas "rymdväder", som påverkar allt från TV-sändningar och elnät till GPS-system och militära satelliter.
