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La atmósfera de la Tierra suena como una campana gigante, dicen los investigadores

Toda la atmósfera de la Tierra vibra como una campana gigante, con varias ondas resonantes a gran escala que viajan en ambas direcciones alrededor del globo. 



Esa es la conclusión de científicos en Japón y Estados Unidos, que han confirmado una hipótesis de resonancia atmosférica de casi dos siglos de antigüedad. Su investigación debería ayudar a mejorar los pronósticos meteorológicos y los pronósticos climáticos a largo plazo.

Los fundamentos de la resonancia atmosférica fueron establecidos por primera vez a principios de 1800 por el erudito y matemático francés Pierre-Simon Laplace. «Laplace demostró que, en medio de todas las complicaciones de la dinámica atmosférica, debería haber un conjunto de movimientos de onda con contenido de energía atrapado en la vertical, es decir, atrapado contra la superficie de la tierra, y propagándose puramente en la horizontal», explica el científico atmosférico Kevin Hamilton del Universidad de Hawaiʻi en Mānoa.

Agrega, Laplace predijo «que las propiedades horizontales de estas olas deberían ser las mismas que para un océano uniformemente profundo que cubre toda la tierra con una ‘profundidad equivalente'». La naturaleza de esta estructura horizontal se rige por la ecuación de mareas de Laplace.

Los investigadores han podido identificar fácilmente las ondas forzadas asociadas con la rotación de la Tierra, las mareas térmicas atmosféricas, también predichas como resultado del trabajo inicial de Laplace. Sin embargo, a pesar del considerable trabajo posterior, su presencia de las olas de Laplace había permanecido sin ser detectada.

Brecha observacional

Esto se debe a que las olas tienen escalas horizontales muy grandes y períodos cortos de un día o menos, lo que las coloca en una brecha de observación entre los estudios de fenómenos a pequeña escala que operan en escalas de tiempo pequeñas (como tormentas eléctricas individuales, por ejemplo) y a gran escala. características con períodos de un día o más.

Modos vibratorios
Modos de vibración: las simulaciones por computadora que muestran un patrón de áreas de presión baja (azul) y alta (roja) se mueven hacia el este en la atmósfera a través del tiempo. 
El efecto es generado por solo dos de las vibraciones sonoras de la atmósfera global (períodos de 32.4 hy 9.4 h). (Cortesía: Sakazaki y Hamilton (2020))

Sin embargo, en su nuevo estudio, Hamilton y su colega Takatoshi Sakazaki , un físico de la Universidad de Kioto de Japón, han utilizado datos de nuevo análisis del Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos de Mediano Alcance para examinar la presión atmosférica en todo el mundo cada hora desde 1979-2016. . El examen del equipo de los valores de presión superficial del nuevo conjunto de datos reveló docenas de los modos de onda normales pronosticados, generalmente con períodos entre dos y treinta y tres horas que viajan horizontalmente alrededor del globo a velocidades superiores a 1100 km / h. El equipo descubrió que la propagación de estas ondas da como resultado un patrón de alta y baja presión estilo tablero de damas que rodea el globo.

«Para estos modos de onda que se mueven rápidamente, nuestras frecuencias observadas y patrones globales coinciden muy bien con los pronosticados teóricamente», dijo Sakazaki. «Es emocionante ver la visión de Laplace y otros físicos pioneros tan completamente validados después de dos siglos».

Nueva avenida de investigación

«Nuestra identificación de tantos modos en datos reales muestra que la atmósfera está sonando como una campana», coincidió Hamilton. «Esto finalmente resuelve un problema clásico y de larga data en la ciencia atmosférica, pero también abre una nueva vía de investigación para comprender tanto los procesos que excitan las olas como los que actúan para amortiguar las olas».

Según Hamilton, los posibles impulsores de las ondas resonantes pueden incluir un efecto global de calentamiento latente a pequeña escala en la atmósfera por convección o excitación a través de parte de las turbulentas cascadas de energía a través de la atmósfera.

“Como analogía, imagina una bañera llena de agua. Tome una paleta y revuelva vigorosamente durante unos segundos. Espere un minuto y vea cómo se desarrolla el flujo ”, explica. «Verá movimientos a pequeña escala como resultado de las interacciones turbulentas, pero también notará un chapoteo más organizado en la escala de la bañera en las frecuencias de resonancia natural».

Modelos climáticos globales

Con su estudio inicial completo, los investigadores ahora están buscando realizar comparaciones entre sus hallazgos y los resultados de los modelos climáticos globales.

Los hallazgos son «un hermoso ejemplo de teoría fundamental confirmada en observaciones, algo no muy común en un sistema complejo como la atmósfera de la Tierra», comenta Ted Shepherd , científico del clima de la Universidad de Reading en el Reino Unido.LEE MASLos ríos atmosféricos impulsan el aumento local del nivel del mar

«Ha habido desarrollos recientes que abogan por una atención renovada a estos modos como diagnóstico del comportamiento atmosférico», agregó. «Este nuevo estudio muestra cómo las observaciones de presión superficial tienen el potencial de desbloquear esa oportunidad».

«Los modos normales detectados ahora podrían resultar útiles para probar modelos de circulación de la Tierra», coincidió Stephen Lewis , físico atmosférico de la Open University del Reino Unido. Además, agregó, los modos de onda «incluso tienen conexiones con modos que podrían desempeñar un papel en la atmósfera más delgada de Marte».

La investigación se describe en la Revista de Ciencias Atmosféricas .

Información proporcionada por NATURE vía correo

Información de: physicsworld.com/


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