Đây là năm của hiện tượng khí quyển tối nghĩa. Các xoáy cực mùa đông lạnh giá. Phát hành khí mêtan có thể là khắc miệng núi lửa bí ẩn trong băng Bắc Cực. Và các mô hình chặn đã đổ lỗi cho Colorado cái gọi là lũ ngàn năm. Vì vậy, nếu bạn muốn gây ấn tượng với bạn bè và người thân bằng kiến ​​thức khí tượng học của mình, bạn sẽ phải đào sâu. Hãy xem xét việc đánh thức chúng bằng một cuộc trò chuyện về sóng Rossby.

Sóng Rossby (n.): Các gợn sóng khí quyển ngang lớn liên quan đến dòng phản lực cực phía trước.

Trò chuyện

Trong một bài báo xuất bản trong tuần này trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, Dim Coumou của Viện nghiên cứu tác động khí hậu Potsdam của Đức cho thấy rằng dòng khí quyển bị đình trệ liên quan đến sóng Rossby có thể đứng sau những đợt hạn hán và lũ lụt gần đây. Jennifer Francis thuộc Viện Khoa học Hàng hải và Bờ biển của Đại học Rutgers đã đề xuất một mối liên hệ tương tự giữa các đợt sóng và sự gia tăng các sự kiện thời tiết khắc nghiệt (mặc dù cô chỉ ra một cơ chế hơi khác). Vậy những sóng này là gì?

Gist

Toán học đằng sau nhà khí tượng học người Mỹ gốc Thụy Điển Carl-Gustaf Rossby lý thuyết thì phức tạp, nhưng khái niệm thì không. Bạn phải bắt đầu với ý tưởng tạo ra và khôi phục các lực, áp dụng cho tất cả các chuyển động giống như sóng.

Hãy nghĩ về một mùa xuân. Bạn áp dụng một tạo ra lực để kéo lò xo ra khỏi vị trí ổn định của nó và độ co giãn của lò xo khôi phục lại lực lượngCúi đầu nó trở lại. Tuy nhiên, độ co giãn kéo lò xo vượt quá điểm ổn định của nó theo hướng khác. Kết quả là, mùa xuân của bạn nảy lên và xuống.

Với ý tưởng đó trong đầu, hãy tưởng tượng một hạt không khí đang bay dọc theo dòng phản lực, băng qua Bắc Mỹ khoảng từ tây sang đông.

Nếu hạt không khí này gặp chướng ngại vật, nó có thể bị lệch khỏi đường đi về hướng đông. Một dãy núi, ví dụ, có thể đẩy hạt về phía nam. Vào thời điểm đó, trong trường hợp không có lực can thiệp bổ sung, hạt sẽ chỉ tiếp tục di chuyển về phía nam. Tuy nhiên, có một lực lượng phục hồi hiện tại. Gặp gỡ Hiệu ứng Coriolis.

{youtube}https://www.youtube.com/watch?v=i2mec3vgeaI{/ youtube}

Khi Trái đất quay trên trục bắc-nam của nó, tất cả các hạt trên hoặc gần bề mặt hành tinh đều quay cùng với nó. Tuy nhiên, chúng không quay với cùng các hạt tốc độ trên Xích đạo quay chậm hơn các vật thể ở gần Bắc hoặc Nam Cực.

Kết quả là, khi hạt không khí của chúng ta bị đẩy về phía nam, tốc độ quay của nó không khớp với vòng quay của Trái đất ở vĩ độ đó, hạt này quay quá nhanh. Sự không phù hợp này đẩy hạt về phía bắc, hướng tới vị trí mà vòng quay của nó sẽ khớp với Trái đất. Đó là lực lượng phục hồi tại nơi làm việc.

Tuy nhiên, giống như với mùa xuân, lực phục hồi đã vượt qua vị trí của hạt, đẩy nó về phía bắc của vĩ độ ban đầu. Bây giờ nó quay quá chậm so với vĩ độ của nó, và điều này buộc hạt phía nam một lần nữa. Kết quả là, hạt nảy lên xuống khi nó tiếp tục chuyển động háo hức chung. Sự lệch hướng bắc-nam này không chỉ ảnh hưởng đến một hạt mà là mọi hạt không khí trong luồng phản lực, đó là lý do tại sao dòng phản lực thường trông lượn sóng. Con đường uốn khúc này là bản chất của lý thuyết sóng Rossby.

Phần thưởng

Thời gian kéo dài của thời tiết mùa hè không thay đổi, cho dù đó là sức nóng ngột ngạt, hạn hán hay mưa bão trong kinh thánh, đại diện cho một cơ hội tiệc cocktail để thể hiện khả năng đọc hiểu về sóng Rossby của bạn. Giải thích cho khán giả không nghi ngờ gì về việc một luồng phản lực lượn sóng có thể giữ hệ thống thời tiết tại chỗ trong nhiều tuần và sự nóng lên toàn cầu có thể tăng cường hiệu ứng này (mặc dù đó là một hoạt động lĩnh vực tranh luận trong số các nhà khoa học, vai trò của sóng Rossby, nghĩa là không nóng lên toàn cầu).

Đây là cách nó hoạt động. Sức mạnh của dòng phản lực phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa Bắc Cực và vĩ độ trung bình. Tuy nhiên, sự khác biệt đó đang giảm đi, bởi vì biến đổi khí hậu đang làm nóng Bắc Cực nhanh gấp đôi Như phần còn lại của hành tinh. Các nhà khí hậu học gọi hiệu ứng nàyKhuếch đại Bắc cực, Và có thể làm suy yếu dòng máy bay phản lực.

Ảnh: NASA

Một luồng phản lực yếu là một luồng phản lực uốn lượn, uốn khúc. Hãy nghĩ về những dòng sông. Khi chúng còn trẻ và di chuyển nhanh, chúng cày thẳng ra biển. Khi họ già đi và chậm lại, con đường của họ bắt đầu uốn khúc.

Ảnh: AGU

Một luồng phản lực chậm, uốn khúc có thể dẫn đến các sự kiện thời tiết khắc nghiệt hơn, Jennifer Francis và các đồng nghiệp của cô đưa ra. Đó là bởi vì khi dòng máy bay phản lực, các kiểu thời tiết hiện tại cũng vậy. Thay vì một vài ngày khô ráo, chẳng hạn, miền tây Hoa Kỳ có thể trải qua nhiều tuần hoặc nhiều tháng hạn hán (giống như bây giờ). Thay vì một vài ngày mưa ở phương Đông, lũ lụt đáng kể có thể xảy ra. Và như Francis giải thích trong video này, tất cả có thể được gắn lại với sóng Rossby.

{youtube}https://www.youtube.com/watch?v=_nzwJg4Ebzo{/ youtube}

Bài báo này xuất hiện lần đầu trong Trên trái đất

Lưu ý

Brian Palmer bao gồm tin tức về môi trường hàng ngày cho Trên trái đất. Bài viết khoa học của ông đã xuất hiện trong Slate, Các The Washington Post, Các Bán Chạy Nhất của Báo New York Times, Và nhiều ấn phẩm khác.

Sách giới thiệu:

Trái đất chỉ tồn tại: Khi kết nối lại với thiên nhiên và vị trí của chúng ta trong đó -  của Jules Khá.

Bấm vào đây cho thêm thông tin và / hoặc đặt mua cuốn sách này trên Amazon.