Table des matières:
- Les vagues de Laplace
- "Échiquier" de la Terre
- Cloche à air
- Vents équatoriaux en Antarctique
- Sonnette d'alarme
Vidéo: La résonance atmosphérique, qu'est-ce que ce phénomène et peut-elle prédire la météo ?
2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04
L'atmosphère terrestre vibre comme une cloche géante: les ondes voyagent le long de l'équateur dans les deux sens, encerclant le globe. Cette conclusion a été tirée par des scientifiques du Japon et des États-Unis, confirmant l'hypothèse de longue date de la résonance atmosphérique. Quel est ce phénomène et peut-il être utilisé pour prédire le temps et le changement climatique à long terme ?
Les vagues de Laplace
Au début du XIXe siècle, le physicien et mathématicien français Pierre-Simon Laplace a comparé l'atmosphère terrestre à un vaste océan recouvrant la planète et des formules dérivées, connues aujourd'hui sous le nom d'équations de marée de Laplace, utilisées dans les calculs pour faire des prévisions météorologiques.
Laplace croyait que l'atmosphère avait ses propres flux et reflux, ainsi que des vagues de masses d'air et d'énergie thermique. Entre autres choses, il a mentionné les oscillations verticales à la surface de la Terre, se propageant dans le sens horizontal, qui peuvent être enregistrées par les changements de pression de surface.
Les marées de chaleur atmosphérique associées à la rotation de la Terre ont longtemps été découvertes par les géophysiciens. Cependant, les ondes horizontales n'ont pas pu être détectées. Et maintenant, il est clair pourquoi.
Comme Takatoshi Sakazaki de la Graduate School of Science de l'Université de Kyoto et Kevin Hamilton, professeur à l'International Pacific Research Center de l'Université d'Hawaï à Manoa, l'ont découvert, les ondes de Laplace ont de très grandes échelles - elles couvrent presque des hémisphères entiers - et de très courtes périodes, moins d'une journée.
Par conséquent, ils ont été négligés dans l'étude des phénomènes atmosphériques locaux, tels que les orages, et dans l'étude des mouvements importants mais à long terme des masses d'air.
Diagramme des longueurs d'onde horizontales et des périodes de phénomènes atmosphériques précédemment étudiées par les scientifiques. L'étoile, ce sont les raz-de-marée. Contour rouge - Zone de résonance des ondes de Laplace
"Échiquier" de la Terre
Les auteurs de l'étude ont analysé les données du Centre européen de prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) pendant 38 ans - de 1979 à 2016 inclus, y compris les changements horaires de la pression atmosphérique à la surface sur toute la surface de la planète. En conséquence, des dizaines de modes d'onde auparavant inconnus ont été identifiés - des systèmes d'oscillations harmoniques, que les scientifiques appellent des modes.
Les chercheurs se sont particulièrement intéressés aux vagues avec de courtes périodes de deux à 33 heures, se propageant horizontalement dans l'atmosphère autour du globe à une vitesse énorme - plus de 1100 kilomètres par heure.
Les zones de haute et basse pression associées à ces ondes créent un motif en damier caractéristique sur la carte, qui diffère cependant pour chacun des quatre modes principaux - Kelvin, Rossby, ondes gravitationnelles et une combinaison des deux derniers.
Un motif en damier créé par les régions de pression basse (bleu) et haute (rouge). À titre d'exemple, deux des quatre modes principaux sont représentés - Kelvin et gravitationnel avec des périodes d'oscillation de l'atmosphère terrestre de 32, 4 et 9, 4 heures. Résultats de simulation informatique
Cloche à air
Il s'est avéré que l'atmosphère terrestre est comme une cloche qui sonne, lorsque des harmoniques aiguës se superposent au fond principal à basse fréquence. C'est cette combinaison de son de fond profond avec des débordements subtils qui rend la sonnerie si agréable.
Seule la "musique" de la Terre n'est pas du son, mais des ondes de pression atmosphérique, couvrant l'ensemble du globe. Chacun des quatre modes principaux est une résonance de l'atmosphère, par analogie avec les résonances d'une cloche. Dans ce cas, les ondes Kelvin à basse fréquence se propagent d'est en ouest et le reste - d'ouest en est.
Les scientifiques ont calculé les paramètres de la résonance résultant de l'addition des quatre modes, coïncidant exactement avec les prédictions de Laplace. Et cela a confirmé son idée principale selon laquelle le temps est contrôlé par les ondes de pression atmosphérique.
"Il est gratifiant que la vision de Laplace et d'autres physiciens pionniers ait été pleinement confirmée deux siècles plus tard", a déclaré Takatoshi Sakazaki dans un communiqué de presse de l'Université d'Hawaï à Manoa.
"Notre identification de tant de modes dans les données du monde réel montre que l'atmosphère sonne vraiment comme une cloche", poursuit Hamilton.
Les auteurs citent l'apparition de zones de chauffage cachées dues à la convection atmosphérique et le mécanisme en cascade de propagation des flux d'énergie turbulente comme causes possibles de la résonance globale.
Déplacement des régions de basse (bleu) et de haute (rouge) pression pour chacun des quatre modes principaux: A - Ondes de Rossby; B - Ondes Kelvin; С - ondes gravitationnelles; D - mode mixte Rossby - gravité
Vents équatoriaux en Antarctique
Un autre phénomène associé aux vagues dans l'atmosphère a été récemment expliqué par des scientifiques américains de l'Université de Clemson en Caroline du Sud et de l'Université du Colorado à Boulder.
En observant les vortex polaires à la station McMurdo en Antarctique - des courants circulaires massifs d'air froid qui spiralent au-dessus de chacun des pôles de la Terre - ils ont remarqué que le vortex antarctique est synchrone avec les phases d'oscillations quasi biennales de l'atmosphère (QBO).
Environ tous les deux ans, les vents latitudinaux soufflant à l'équateur terrestre changent de direction d'est en ouest. Le front commence à une altitude de plus de 30 kilomètres dans la stratosphère et se déplace vers le bas à une vitesse d'environ un kilomètre par mois. Après 13-14 mois, l'inversion du vent se produit simultanément sur tout l'équateur. Un cycle complet dure donc de 26 à 28 mois.
Schéma général des oscillations quasi-biennales
Les Américains ont découvert que pendant la phase orientale du QBO, le vortex antarctique se dilate et se contracte pendant la phase occidentale. Ceci s'explique par le passage des ondes gravitationnelles méridionales de l'équateur aux pôles à travers différentes couches de l'atmosphère.
Ces vagues ont été enregistrées et ont suggéré qu'elles sont associées à un changement de direction des vents soufflant à l'équateur - à une distance de plus de neuf mille kilomètres du site d'observation. La comparaison avec les données du système d'observation météorologique et atmosphérique MERRA-2 de la NASA pour la période de 1999 à 2019 l'a pleinement confirmé.
On sait depuis longtemps que l'expansion de la zone de vortex polaire amène le froid aux latitudes moyennes. Cependant, le fait que la cause première soit un changement de direction des vents stratosphériques sous les tropiques a été une surprise.
Les scientifiques espèrent que les modèles qu'ils ont identifiés conduiront à des modèles de climat et de circulation atmosphérique plus précis pour les prévisions météorologiques. Dans le même temps, ils s'inquiètent de l'augmentation de l'impact des facteurs anthropiques au cours des dernières décennies.
Ainsi, il y a quatre ans, nous avons constaté une violation de la cyclicité de la FTC. En février 2016, la transition vers les vents d'est a été brutalement interrompue. L'une des raisons possibles est le réchauffement climatique.
Sonnette d'alarme
La fréquence croissante des événements météorologiques extrêmes, souvent également associée à des anomalies des vagues atmosphériques, est encore plus préoccupante. En particulier, les scientifiques soulignent l'apparition d'ondes de Rossby atmosphériques quasi-stationnaires dans l'hémisphère nord.
Les vagues de Rossby sont des virages géants dans des vents de haute altitude qui ont un effet profond sur la météo. S'ils passent dans un état quasi-stationnaire, le changement de cyclones et d'anticyclones est suspendu. En conséquence, à certains endroits, il pleut pendant des semaines, se transformant en inondations, tandis qu'à d'autres, une chaleur anormale s'installe, comme cette année dans l'Arctique.
Les vagues de chaleur et les sécheresses qui ont frappé l'Amérique centrale et du Nord, l'Europe centrale et orientale, la région de la mer Caspienne et l'Asie de l'Est à plusieurs reprises au cours de l'été et durant une à deux semaines, causent de graves dommages à l'agriculture. Depuis plusieurs années consécutives, les récoltes y baissent, ce qui complique la situation sociale.
Ainsi, la "musique" de la Terre sonne de plus en plus souvent non pas comme une douce mélodie, mais comme une sonnette d'alarme alarmante.
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