Почему вдоль экватора атмосферное давление пониженное
1
Почему вдоль экватора атмосферное давление пониженное, а над полюсами – повышенное?
1 ответ:
0
0
Можно предположить две причины. первая – это Центробежная сила” на экваторе, благодаря которой ускорение силы тяжести там меньше, чем на полюсах: на экваторе g = 9,780 м/с2, а на полюсе – 9,832 м/с2. Вторая причина: на экваторе температура воздуха намного выше, чем на полюсах. Солнце там сильно нагревает землю, от земли нагревается воздух, он становится более легки и поднимается вверх. Восходящие потоки воздуха понижают атмосферное давление. Кстати, и в средних широтах зимой атмосферное давление в среднем выше, чем летом.
Читайте также
Зондские острова являются частью Малайского архипелага. Зондские острова, тоже являясь архипелагом, располагаются между сухопутной юго-восточной оконечностью Евразии и Австралией и разделяют Индийский и Тихий океаны. В свою очередь, Зондские острова разделяются на:
• Большие Зондские острова. Площадь островов – 1,5 млн км². Самые крупные из них – Калимантан, Суматра, Салавеси и Ява.
• Малые Зондские острова – Бали, Барат-Дая, Ломбок, Сумба, Сумбава, Тимор, Флорес, Саву и др. Площадь островов – 128 тыс. км².
Всего Зондский архипелаг включает порядка 3 000 островов.
Жители экваториальных стран, которые находятся близко к экватору (Эквадор, Конго Бразилия, Кения,Гана, Индонезия), никогда не видели осени. Оказывается, дело в том, что температура в этих странах не меняется, в течении всего года, очень высокая и растения не желтеют и нет листопада.
Полгода сыро и жарко, полгода сухо и жарко. Всякие кусачие гады и куча тропических болезней. Нет, я не вижу преимуществ. Да и ни в одном государстве, которые в экваториальной зоне находятся
жить не комфортно, как гражданину, по разным причинам.
Средняя полоса России – рай. Три времени года: грязь, грязь засохла, грязь замерзла.
Экваториальный пояс отличается высокой температурой, повышенной влажностью, низким атмосферным давлением, частыми, почти ежедневными ливнями. Эти условия являются благоприятными для влажных экваториальных лесов.
Основная причина дождей на экваторе – преобладание восходящих потоков воздуха. Теплый воздух поднимается вверх, где встречается с холодным воздух. Происходит конденсирование воздуха, образуются облака и идет дождь, обычно ливень.
Расстояние от города Омска до экватора составляет 6113.736 км. Для определения расстояния между двумя географическими точками существует формула
где, r – радиус Земли 6372.795 км
Но есть более простой вариант. На сайте https://planetcalc.ru/73/ есть калькулятор для определения расстояний. Подставляем необходимые координаты, нажимаем на кнопку и результат готов!
Источник
В эпоху парусного флота пассаты сильно упрощали перемещение судов, идущих из Европы в Новый Свет.
Это постоянные ветры, которые весь год дуют в одном и том же направлении, а именно из тропических широт к экватору.
Название «пассат» пришло из испанского языка. Там есть выражение viento de pasada, которое означает «ветер, благоприятствующий переезду, передвижению».
Почему пассаты сохраняют направление в течение всего года?
Давайте вспомним, как распределяется тепло по нашей планете. Земля получает тепло от солнечных лучей. Чем ближе к прямому угол падения солнечных лучей, тем сильнее нагревается Земля.
На экватор падают лучи под прямым углом, а вот на полюсах они проходят по касательной. Поэтому в течение года экватор получает больше тепла, и именно в районе экватора на планете теплее всего.
От нагретой поверхности нагревается и воздух. Нагреваясь, он расширяется, становится менее плотным, а значит более лёгким, и поднимается вверх.
Пока более тёплый (а значит лёгкий) воздух находится в окружении более холодного (тяжёлого), он имеет возможность подниматься. Этот процесс называется конвекцией.
Теперь нужно вспомнить, что такое атмосферное давление.
Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на какую-то точку или поверхность. Другими словами, это вес «столба атмосферы», то есть вес всей атмосферы, от её верхней границы до поверхности.
Важно! Вес – это сила, его не стоит путать с массой.
Вес объекта может меняться даже в том случае, если его масса не меняется.
Например, вес вашей руки, опущенной на весы без дополнительного надавливания – будет отличаться от веса руки, которой вы дополнительно надавили на весы. Хотя масса руки в обоих случаях одинаковая.
Так и в атмосфере – вес, то есть давление воздуха на поверхность, зависит не только от массы воздуха.
Да, при подъёме в горы уменьшается общее количество молекул воздуха над нами (а значит и масса воздуха над нами), и поэтому давление в горах меньше, чем у подножья гор.
Но на давление влияют ещё и движения воздуха в атмосфере. Если воздушный поток направлен сверху вниз, то он дополнительно давит на поверхность, и давление высокое. Если нет вертикальных движений, то давление зависит только от массы воздуха. А если воздух поднимается, то давление на поверхность будет уменьшаться.
Вернёмся к нагретой поверхности у экватора: восходящие движения воздуха над экватором (конвекция) приводят к понижению там давления. Поэтому на экваторе сформировалась область низкого давления.
Воздух, поднявшись на высоту примерно 10-15 км, растекается от экватора в сторону полюсов. В процессе движения этот воздух теряет энергию, и опускается в районе тропиков. Опускаясь, воздух дополнительно давит на поверхность. Нисходящие движения воздуха формируют область высокого давления в тропиках. А ещё нисходящие движения воздуха препятствуют развитию облаков, поэтому в тропиках чаще всего наблюдается жаркая безоблачная погода, там мало осадков, и большую часть тропической зоны занимают пустыни.
Теперь осталось вспомнить, что ветер всегда дует из области высокого давления в область низкого. Это значит, что ветер весь год направлен от тропиков в сторону экватора.
На невращающейся планете пассаты были бы направлены строго от высокого давления к низкому. Но на Земле на траекторию их движения влияет сила Кориолиса, поэтому они немного закручиваются по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой – в Южном.
Примерно на экваторе северный и южный пассат встречаются. Зона схождения пассатов называется внутритропической зоной конвергенции (вы можете встретить аббревиатуру ВЗК – это про неё!).
Что происходит в этой зоне? Там постоянно сталкиваются ветровые потоки, а значит всегда есть «излишки» воздуха, которые вытесняются наверх.
Помните, мы говорили, что подъём воздуха на экваторе вызван прогревом? Получается, есть сопутствующий и усиливающий механизм вертикальных движений на экваторе: при столкновении пассатов образуются «излишки» воздуха, которые вытесняются наверх.
Воздух поднимается, в результате чего давление на экваторе понижается. Из-за подъёма воздуха на экваторе часто наблюдается облачная погода, идут ливни.
Однако не весь воздух идёт наверх: часть воздуха остаётся у поверхности и продолжает двигаться вдоль экватора, в направлении с востока на запад. Этот восточный ветер, дующий вдоль экватора, приводит в движение воду – так формируется южное и северное пассатные течения вдоль экватора.
Источник
Учебник для 6 класса
Учебник для 6 класса
География
Вспомните
- Можно ли взвесить воздух? Как изменяется вес воздуха при его нагревании и охлаждении? Почему тепло, приходящее от Солнца, на земной поверхности распределяется в зависимости от географической широты?
Почему атмосфера давит на земную поверхность. Земля притягивает все находящиеся на ней предметы: растения, воду рек, озер и океанов, а также воздух атмосферы. Притягивающиеся тела с разной силой давят на земную поверхность.
Атмосферное давление — это сила, с которой воздух давит на земную поверхность и все находящиеся на ней предметы.
На каждый квадратный сантиметр поверхности атмосфера давит с силой 1 кг 33 г. Люди, как и другие живые организмы, приспособлены к этому давлению. Мы его не чувствуем, так как оно уравновешивается давлением, существующим внутри организма.
Как измеряют атмосферное давление. Давление воздуха измеряют специальным прибором — барометром. Устройство барометров может быть разным (рис. 97). Самые точные барометры — ртутные. В них атмосферное давление определяют по высоте столбика ртути (в мм). Поэтому наиболее распространенная единица измерения атмосферного давления — миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).
Рис. 97. Барометр-анероид
Как и почему изменяется давление. Давление воздуха над различными участками земной поверхности неодинаково. Во-первых, оно зависит от абсолютной высоты местности. Чем выше над уровнем моря расположена территория, тем давление ниже (рис. 98), так как уменьшается столб воздуха, давящего на поверхность. При подъеме на каждые 10,5 м давление в тропосфере уменьшается на 1 мм рт. ст.
Рис. 98. Изменение давления воздуха с высотой
Определите относительную высоту холма, если у его подножия давление 750 мм рт. ст., а на вершине — 744 мм рт. ст.
Летом суша нагревается быстро, и над ней образуется низкое давление. В океане вода нагревается медленнее. Воздух над ним летом холоднее, чем над сушей, а давление выше. Зимой суша быстро остывает, и над ней устанавливается высокое давление. Океан же медленно отдает тепло. Над ним зимой более высокая температура воздуха и более низкое давление.
В верхних слоях тропосферы, а тем более в стратосфере давление такое низкое, что человек находиться там не может. Уже на высоте 3000 м над уровнем моря люди чувствуют себя плохо.
Во-вторых, даже в одном и том же месте атмосферное давление постоянно изменяется при изменении температуры воздуха. При нагревании воздух расширяется, становится легким и давит на поверхность с меньшей силой. При охлаждении он сжимается, становится более тяжелым, и давление возрастает.
В-третьих, на распределение давления влияет характер земной поверхности. Разные ее участки: суша или океан, лес или пустыня — нагреваются и остывают по-разному. Поэтому в одно и то же время давление над ними разное (рис. 99).
Рис. 99. Нагревание и охлаждение суши и океана
Распределение давления на поверхности Земли. Как вы уже знаете, температура воздуха уменьшается по направлению от экватора к полюсам. Близ экватора воздух сильно нагревается, расширяется и поднимается вверх. Поэтому образуется низкое давление. Вокруг полюсов из-за низких температур воздух тяжелый. Он опускается вниз, и давление становится высоким (рис. 100).
Рис. 100. Атмосферное давление: а — в экваториальных широтах; б — в арктических широтах
Вопросы и задания
- Где больше атмосферное давление — на уровне моря, в глубине шахты или на вершине горы?
- Как давление зависит от температуры воздуха?
- Как изменяется давление над сушей и над океаном летом и зимой?
- Почему вдоль экватора атмосферное давление пониженное, а над полюсами — повышенное?
Источник
В эпоху парусного флота пассаты сильно упрощали перемещение судов, идущих из Европы в Новый Свет.
Это постоянные ветры, которые весь год дуют в одном и том же направлении, а именно из тропических широт к экватору.
Название «пассат» пришло из испанского языка. Там есть выражение viento de pasada, которое означает «ветер, благоприятствующий переезду, передвижению».
Почему пассаты сохраняют направление в течение всего года?
Давайте вспомним, как распределяется тепло по нашей планете. Земля получает тепло от солнечных лучей. Чем ближе к прямому угол падения солнечных лучей, тем сильнее нагревается Земля.
На экватор падают лучи под прямым углом, а вот на полюсах они проходят по касательной. Поэтому в течение года экватор получает больше тепла, и именно в районе экватора на планете теплее всего.
От нагретой поверхности нагревается и воздух. Нагреваясь, он расширяется, становится менее плотным, а значит более лёгким, и поднимается вверх.
Пока более тёплый (а значит лёгкий) воздух находится в окружении более холодного (тяжёлого), он имеет возможность подниматься. Этот процесс называется конвекцией.
Теперь нужно вспомнить, что такое атмосферное давление.
Атмосферное давление – это сила, с которой воздух давит на какую-то точку или поверхность. Другими словами, это вес «столба атмосферы», то есть вес всей атмосферы, от её верхней границы до поверхности.
Важно! Вес – это сила, его не стоит путать с массой.
Вес объекта может меняться даже в том случае, если его масса не меняется.
Например, вес вашей руки, опущенной на весы без дополнительного надавливания – будет отличаться от веса руки, которой вы дополнительно надавили на весы. Хотя масса руки в обоих случаях одинаковая.
Так и в атмосфере – вес, то есть давление воздуха на поверхность, зависит не только от массы воздуха.
Да, при подъёме в горы уменьшается общее количество молекул воздуха над нами (а значит и масса воздуха над нами), и поэтому давление в горах меньше, чем у подножья гор.
Но на давление влияют ещё и движения воздуха в атмосфере. Если воздушный поток направлен сверху вниз, то он дополнительно давит на поверхность, и давление высокое. Если нет вертикальных движений, то давление зависит только от массы воздуха. А если воздух поднимается, то давление на поверхность будет уменьшаться.
Вернёмся к нагретой поверхности у экватора: восходящие движения воздуха над экватором (конвекция) приводят к понижению там давления. Поэтому на экваторе сформировалась область низкого давления.
Воздух, поднявшись на высоту примерно 10-15 км, растекается от экватора в сторону полюсов. В процессе движения этот воздух теряет энергию, и опускается в районе тропиков. Опускаясь, воздух дополнительно давит на поверхность. Нисходящие движения воздуха формируют область высокого давления в тропиках. А ещё нисходящие движения воздуха препятствуют развитию облаков, поэтому в тропиках чаще всего наблюдается жаркая безоблачная погода, там мало осадков, и большую часть тропической зоны занимают пустыни.
Теперь осталось вспомнить, что ветер всегда дует из области высокого давления в область низкого. Это значит, что ветер весь год направлен от тропиков в сторону экватора.
На невращающейся планете пассаты были бы направлены строго от высокого давления к низкому. Но на Земле на траекторию их движения влияет сила Кориолиса, поэтому они немного закручиваются по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой – в Южном.
Примерно на экваторе северный и южный пассат встречаются. Зона схождения пассатов называется внутритропической зоной конвергенции (вы можете встретить аббревиатуру ВЗК – это про неё!).
Что происходит в этой зоне? Там постоянно сталкиваются ветровые потоки, а значит всегда есть «излишки» воздуха, которые вытесняются наверх.
Помните, мы говорили, что подъём воздуха на экваторе вызван прогревом? Получается, есть сопутствующий и усиливающий механизм вертикальных движений на экваторе: при столкновении пассатов образуются «излишки» воздуха, которые вытесняются наверх.
Воздух поднимается, в результате чего давление на экваторе понижается. Из-за подъёма воздуха на экваторе часто наблюдается облачная погода, идут ливни.
Однако не весь воздух идёт наверх: часть воздуха остаётся у поверхности и продолжает двигаться вдоль экватора, в направлении с востока на запад. Этот восточный ветер, дующий вдоль экватора, приводит в движение воду – так формируется южное и северное пассатные течения вдоль экватора.
https://ria.ru/20200831/atmosfera-1576430605.html
Атмосфера планеты звенит как гигантский колокол. Чем это грозит людям
Атмосфера Земли вибрирует, подобно гигантскому колоколу: волны распространяются вдоль экватора в обоих направлениях, опоясывая земной шар. К такому выводу… РИА Новости, 31.08.2020
2020-08-31T08:00
2020-08-31T08:00
2020-08-31T13:40
риа наука
погода
климат
физика
земля – риа наука
антарктида
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdn24.img.ria.ru/images/07e4/08/1b/1576394384_59:0:1942:1059_1400x0_80_0_0_3a81f95c98689fc161b4f9dd4522a3df.jpg
<strong>МОСКВА, 31 авг — РИА Новости, Владислав Стрекопытов.</strong> Атмосфера Земли вибрирует, подобно гигантскому колоколу: волны распространяются вдоль экватора в обоих направлениях, опоясывая земной шар. К такому выводу пришли ученые из Японии и США, подтвердив давнюю гипотезу об атмосферном резонансе. Что это за феномен и можно ли на его основе предсказывать погоду и долгосрочные изменения климата — в материале РИА Новости.Волны ЛапласаВ начале XIX века французский физик и математик Пьер-Симон Лаплас сравнил атмосферу Земли с огромным океаном, покрывающим планету, и вывел формулы, известные сегодня как приливные уравнения Лапласа и используемые в расчетах при составлении прогнозов погоды.Лаплас полагал, что в атмосфере есть свои приливы и отливы, а также волны воздушных масс и тепловой энергии. Среди прочего он упоминал вертикальные колебания у поверхности Земли, распространяющиеся в горизонтальном направлении, которые можно зафиксировать по изменениям приземного давления.Атмосферные тепловые приливы, связанные с вращением Земли, геофизики давно обнаружили. Однако горизонтальные волны не удавалось зафиксировать. И теперь понятно, почему.Как <a href=”https://journals.ametsoc.org/jas/article/77/7/2519/347483/An-Array-of-Ringing-Global-Free-Modes-Discovered” target=”_blank” rel=”nofollow noopener”>выяснили</a> Такатоши Саказаки из Высшей школы науки <a href=”https://ria.ru/organization_Universitet_Kioto/” target=”_blank” data-auto=”true”>Киотского университета</a> и Кевин Гамильтон, профессор Международного тихоокеанского исследовательского центра Гавайского университета в Маноа, у волн Лапласа очень большие масштабы — они охватывают чуть ли не целые полушария — и очень короткие периоды, меньше суток. Поэтому их упускали из виду и при исследовании локальных атмосферных явлений, таких как грозы, и при изучении крупных, но длительных перемещений воздушных масс.”Шахматная доска” ЗемлиАвторы исследования проанализировали данные Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) за 38 лет — с 1979 по 2016 год включительно, в том числе почасовые изменения приземного атмосферного давления по всей поверхности планеты. В результате выявили десятки ранее неизвестных волновых режимов — систем гармонических колебаний, которые ученые называют модами.Особенно исследователей заинтересовали волны с короткими периодами от двух до 33 часов, распространяющиеся горизонтально в атмосфере вокруг земного шара с огромной скоростью — более 1100 километров в час.Зоны высокого и низкого давления, связанные с этими волнами, создают на карте характерный узор “шахматной доски”, который, однако, различается для каждой из четырех основных мод — волн Кельвина, Россби, гравитационных и комбинации двух последних.Воздушный колоколОказалось, что атмосфера Земли похожа на звенящий колокол, когда на основной низкочастотный фон накладываются высокие обертоны. Именно это сочетание глубокого фонового звука с тонкими переливами делает колокольный звон таким приятным.Только “музыка” Земли — это не звук, а волны атмосферного давления, охватывающие весь земной шар. Каждая из четырех основных мод — это резонанс атмосферы по аналогии с резонансами колокола. При этом низкочастотные волны Кельвина распространяются с востока на запад, а остальные — с запада на восток.Рассчитанные учеными параметры резонанса, возникающего при сложении всех четырех мод, точно совпали с предсказаниями Лапласа. И это подтвердило его основную мысль о том, что погодой управляют волны атмосферного давления.”Приятно, что видение Лапласа и других физиков-пионеров полностью подтверждено два столетия спустя”, — приводятся в пресс-релизе Гавайского университета в Маноа слова Такатоши Саказаки.”Наша идентификация стольких мод в реальных данных показывает: атмосфера действительно звенит, как колокол, — продолжает Гамильтон. — Это наконец разрешает давнюю и классическую проблему атмосферного резонанса, а также позволяет лучше понять, какие процессы возбуждают волны, а какие их гасят”.В качестве возможных причин глобального резонанса авторы называют возникновение из-за атмосферной конвекции скрытых зон нагрева и каскадный механизм распространения турбулентных потоков энергии. Экваториальные ветры в АнтарктидеЕще одно явление, связанное с волнами в атмосфере, недавно <a href=”https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2020JD032866″ target=”_blank” rel=”nofollow noopener”>объяснили</a> американские ученые из Университета Клемсона в <a href=”https://ria.ru/location_StateofSouthCarolina/” target=”_blank” data-auto=”true”>Южной Каролине</a> и Колорадского университета в Боулдере.Наблюдая на станции Мак-Мердо в <a href=”https://ria.ru/location_Antarctica/” target=”_blank” data-auto=”true”>Антарктиде</a> за полярными вихрями — массивными круговыми потоками холодного воздуха, которые вращаются по спирали над каждым из полюсов Земли, — они заметили: антарктический вихрь синхронен с фазами квазидвухлетних колебаний в атмосфере (КДК).Примерно раз в два года широтные ветра, которые дуют на экваторе Земли, меняют направление с восточного на западное. Фронт зарождается на высоте больше 30 километров в стратосфере и движется вниз со скоростью примерно один километр в месяц. Через 13-14 месяцев одновременно по всему экватору происходит инверсия ветров. Полный цикл, таким образом, занимает от 26 до 28 месяцев.Американцы установили, что во время восточной фазы КДЦ антарктический вихрь расширяется, а при западной сжимается. Это объясняют прохождением через разные слои атмосферы меридиональных гравитационных волн от экватора к полюсам.Эти волны зафиксировали и предположили, что они связаны со сменой направления ветров, дующих на экваторе — на расстоянии более девяти тысяч километров от места наблюдений. Сравнение с данными системы метеорологических и атмосферных наблюдений <a href=”https://ria.ru/organization_NASA/” target=”_blank” data-auto=”true”>НАСА</a> MERRA-2 за период с 1999 по 2019 год полностью это подтвердило.Давно известно: расширение зоны полярного вихря приносит холодную погоду в средние широты. Однако то, что первопричина — в смене направления стратосферных ветров в тропиках, стало неожиданностью. Ученые надеются, что выявленные ими закономерности позволят создать более точные климатические модели и модели атмосферной циркуляции для прогнозирования погоды. В то же время они обеспокоены тем, что в последние десятилетия все чаще сказывается воздействие антропогенных факторов. Так, четыре года назад <a href=”https://science.sciencemag.org/content/353/6306/1424″ target=”_blank” rel=”nofollow noopener”>заметили</a> нарушение цикличности КДК. В феврале 2016-го переход к восточным ветрам неожиданно прервался. Одна из возможных причин — глобальное потепление.Тревожный набатЕще большее беспокойство вызывают участившиеся экстремальные погодные явления, зачастую также связанные с волновыми аномалиями в атмосфере. В частности, ученые <a href=”https://www.nature.com/articles/s41558-019-0637-z” target=”_blank” rel=”nofollow noopener”>указывают</a> на возникновение квазистационарных атмосферных волн Россби в Северном полушарии. Волны Россби — это гигантские изгибы высотных ветров, оказывающие серьезное влияние на погоду. Если они переходят в квазистационарное состояние, смена циклонов и антициклонов приостанавливается. В итоге в одних местах неделями льют дожди, оборачивающиеся наводнениями, а в других устанавливается аномальная жара, как в этом году в <a href=”https://ria.ru/location_Arktika/” target=”_blank” data-auto=”true”>Арктике</a>.Волны жары и засухи, приходящие в Центральную и <a href=”https://ria.ru/location_North_America/” target=”_blank” data-auto=”true”>Северную Америку</a>, Центральную и <a href=”https://ria.ru/location_vostochnaja_evropa/” target=”_blank” data-auto=”true”>Восточную Европу</a>, регион Каспийского моря и Восточную Азию по несколько раз за лето и длящиеся одну-две недели, наносят серьезный ущерб сельскому хозяйству. Уже который год подряд здесь сокращаются урожаи, что осложняет социальную обстановку. Так что “музыка” Земли все чаще звучит не как нежная мелодия, а тревожным набатом.
https://ria.ru/20200721/1574518118.html
https://ria.ru/20200824/klimat-1576101047.html
антарктида
РИА Новости
Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4
7 495 645-6601
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2020
РИА Новости
Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4
7 495 645-6601
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4
7 495 645-6601
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdn25.img.ria.ru/images/07e4/08/1b/1576394384_294:0:1706:1059_1400x0_80_0_0_5ec6f5817d018ce1da725b567175a635.jpg
РИА Новости
Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4
7 495 645-6601
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
Россия, Москва, Зубовский бульвар, 4
7 495 645-6601
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
погода, климат, физика, земля – риа наука, антарктида
МОСКВА, 31 авг — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Атмосфера Земли вибрирует, подобно гигантскому колоколу: волны распространяются вдоль экватора в обоих направлениях, опоясывая земной шар. К такому выводу пришли ученые из Японии и США, подтвердив давнюю гипотезу об атмосферном резонансе. Что это за феномен и можно ли на его основе предсказывать погоду и долгосрочные изменения климата — в материале РИА Новости.
Волны Лапласа
В начале XIX века французский физик и математик Пьер-Симон Лаплас сравнил атмосферу Земли с огромным океаном, покрывающим планету, и вывел формулы, известные сегодня как приливные уравнения Лапласа и используемые в расчетах при составлении прогнозов погоды.
Лаплас полагал, что в атмосфере есть свои приливы и отливы, а также волны воздушных масс и тепловой энергии. Среди прочего он упоминал вертикальные колебания у поверхности Земли, распространяющиеся в горизонтальном направлении, которые можно зафиксировать по изменениям приземного давления.
Атмосферные тепловые приливы, связанные с вращением Земли, геофизики давно обнаружили. Однако горизонтальные волны не удавалось зафиксировать. И теперь понятно, почему.
Как выяснили Такатоши Саказаки из Высшей школы науки Киотского университета и Кевин Гамильтон, профессор Международного тихоокеанского исследовательского центра Гавайского университета в Маноа, у волн Лапласа очень большие масштабы — они охватывают чуть ли не целые полушария — и очень короткие периоды, меньше суток. Поэтому их упускали из виду и при исследовании локальных атмосферных явлений, таких как грозы, и при изучении крупных, но длительных перемещений воздушных масс.
“Шахматная доска” Земли
Авторы исследования проанализировали данные Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) за 38 лет — с 1979 по 2016 год включительно, в том числе почасовые изменения приземного атмосферного давления по всей поверхности планеты. В результате выявили десятки ранее неизвестных волновых режимов — систем гармонических колебаний, которые ученые называют модами.
Особенно исследователей заинтересовали волны с короткими периодами от двух до 33 часов, распространяющиеся горизонтально в атмосфере вокруг земного шара с огромной скоростью — более 1100 километров в час.
Зоны высокого и низкого давления, связанные с этими волнами, создают на карте характерный узор “шахматной доски”, который, однако, различается для каждой из четырех основных мод — волн Кельвина, Россби, гравитационных и комбинации двух последних.
Воздушный колокол
Оказалось, что атмосфера Земли похожа на звенящий колокол, когда на основной низкочастотный фон накладываются высокие обертоны. Именно это сочетание глубокого фонового звука с тонкими переливами делает колокольный звон таким приятным.
Только “музыка” Земли — это не звук, а волны атмосферного давления, охватывающие весь земной шар. Каждая из четырех основных мод — это резонанс атмосферы по аналогии с резонансами колокола. При этом низкочастотные волны Кельвина распространяются с востока на запад, а остальные — с запада на восток.
Рассчитанные учеными параметры резонанса, возникающего при сложении всех четырех мод, точно совпали с предсказаниями Лапласа. И это подтвердило его основную мысль о том, что погодой управляют волны атмосферного давления.
“Приятно, что видение Лапласа и других физиков-пионеров полностью подтверждено два столетия спустя”, — приводятся в пресс-релизе Гавайского университета в Маноа слова Такатоши Саказаки.
“Наша идентификация стольких мод в реальных данных показывает: атмосфера действительно звенит, как колокол, — продолжает Гамильтон. — Это наконец разрешает давнюю и классическую проблему атмосферного резонанса, а также позволяет лучше понять, какие процессы возбуждают волны, а какие их гасят”.
В качестве возможных причин глобального резонанса авторы называют возникновение из-за атмосферной конвекции скрытых зон нагрева и каскадный механизм распространения турбулентных потоков энергии.
Экваториальные ветры в Антарктиде
Еще одно явление, связанное с волнами в атмосфере, недавно объяснили американские ученые из Университета Клемсона в Южной Каролине и Колорадского университета в Боулдере.
Наблюдая на станции Мак-Мердо в Антарктиде за полярными вихрями — массивными круговыми потоками холодного воздуха, которые вращаются по спирали над каждым из полюсов Земли, — они заметили: антарктический вихрь синхронен с фазами квазидвухлетних колебаний в атмосфере (КДК).
Примерно раз в два года широтные ветра, которые дуют на экваторе Земли, меняют направление с восточного на западное. Фронт зарождается на высоте больше 30 километров в стратосфере и движется вниз со скоростью примерно один километр в месяц. Через 13-14 месяцев одновременно по всему экватору происходит инверсия ветров. Полный цикл, таким образом, занимает от 26 до 28 месяцев.
Американцы установили, что во время восточной фазы КДЦ антарктический вихрь расширяется, а при западной сжимается. Это объясняют прохождением через разные слои атмосферы меридиональных гравитационных волн от экватора к полюсам.
Эти волны зафиксировали и предположили, что они связаны со сменой направления ветров, дующих на экваторе — на расстоянии более девяти тысяч километров от места наблюдений. Сравнение с данными системы метеорологических и атмосферных наблюдений НАСА MERRA-2 за период с 1999 по 2019 год полностью это подтвердило.
Давно известно: расширение зоны полярного вихря приносит холодную погоду в средние широты. Однако то, что первопричина — в смене направления стратосферных ветров в тропиках, стало неожиданностью.
Ученые надеются, что выявленные ими закономерности позволят создать более точные климатические модели и модели атмосферной циркуляции для прогнозирования погоды. В то же время они обеспокоены тем, что в последние десятилетия все чаще сказывается воздействие антропогенных факторов.
Так, четыре года назад заметили нарушение цикличности КДК. В феврале 2016-го переход к восточным ветрам неожиданно прервался. Одна из возможных причин — глобальное потепление.
Тревожный набат
Еще большее беспокойство вызывают участившиеся экстремальные погодные явления, зачастую также связанные с волновыми аномалиями в атмосфере. В частности, ученые указывают на возникновение квазистационарных атмосферных волн Россби в Северном полушарии.
Волны Россби — это гигантские изгибы высотных ветров, оказывающие серьезное влияние на погоду. Если они переходят в квазистационарное состояние, смена циклонов и антициклонов приостанавливается. В итоге в одних местах неделями льют дожди, оборачивающиеся наводнениями, а в других устанавливается аномальная жара, как в этом году в Арктике.
Волны жары и засухи, приходящие в Центральную и Северную Америку, Центральную и Восточную Европу, регион Каспийского моря и Восточную Азию по несколько раз за лето и длящиеся одну-две недели, наносят серьезный ущерб сельскому хозяйству. Уже который год подряд здесь сокращаются урожаи, что осложняет социальную обстановку.
Так что “музыка” Земли все чаще звучит не как нежная мелодия, а тревожным набатом.