Ny undersøgelse opdager ringning af den globale atmosfære

En ringende klokke vibrerer samtidigt ved en lav grundtone og ved mange højere overtoner, producerer en behagelig musikalsk lyd. En nylig undersøgelse, netop offentliggjort i Journal of the Atmospheric Sciences af forskere ved Kyoto University og University of Hawai'i i Mānoa, viser, at hele Jordens atmosfære vibrerer på en analog måde, i en slående bekræftelse af teorier udviklet af fysikere gennem de sidste to århundreder.

I tilfældet med atmosfæren, "musikken" kommer ikke som en lyd, vi kunne høre, men i form af store bølger af atmosfærisk tryk, der spænder over kloden og rejser rundt om ækvator, nogle bevæger sig øst-til-vest og andre vest-til-øst. Hver af disse bølger er en resonansvibration af den globale atmosfære, analogt med en af ​​en klokkes resonanstoner. Den grundlæggende forståelse af disse atmosfæriske resonanser begyndte med skelsættende indsigt i begyndelsen af ​​det 19. århundrede af en af ​​historiens største videnskabsmænd, den franske fysiker og matematiker Pierre-Simon Laplace. Forskning foretaget af fysikere gennem de efterfølgende to århundreder forfinede teorien og førte til detaljerede forudsigelser af de bølgefrekvenser, der skulle være til stede i atmosfæren. Imidlertid, den faktiske påvisning af sådanne bølger i den virkelige verden har haltet bagefter teorien.

Nu i en ny undersøgelse af Takatoshi Sakazaki, en assisterende professor ved Kyoto University Graduate School of Science, og Kevin Hamilton, en emeritus-professor i Institut for Atmosfæriske Videnskaber og International Pacific Research Center ved University of Hawai?i i Mānoa, forfatterne præsenterer en detaljeret analyse af observeret atmosfærisk tryk over kloden hver time i 38 år. Resultaterne afslørede klart tilstedeværelsen af ​​snesevis af de forudsagte bølgetilstande.

Undersøgelsen fokuserede især på bølger med perioder mellem 2 timer og 33 timer, som bevæger sig horisontalt gennem atmosfæren, bevæger sig rundt på kloden med store hastigheder (over 700 miles i timen). Dette opstiller et karakteristisk "skaktert" mønster af høj- og lavtryk forbundet med disse bølger, når de forplanter sig (se figur).

"For disse hurtigt bevægende bølgetilstande, vores observerede frekvenser og globale mønstre matcher de teoretisk forudsagte meget godt, " udtalte hovedforfatter Sakazaki. "Det er spændende at se Laplaces og andre banebrydende fysikeres vision valideret så fuldstændigt efter to århundreder."

Men denne opdagelse betyder ikke, at deres arbejde er færdigt.

"Vores identifikation af så mange tilstande i rigtige data viser, at atmosfæren virkelig ringer som en klokke, " kommenterede medforfatter Hamilton. "Dette løser endelig et langvarigt og klassisk problem inden for atmosfærisk videnskab, men det åbner også en ny forskningsvej til at forstå både de processer, der exciterer bølgerne, og de processer, der virker til at dæmpe bølgerne."

Så lad den atmosfæriske musik spille videre!