वायुमंडलीय अनुनाद, यह घटना क्या है और क्या यह मौसम की भविष्यवाणी कर सकती है?

2024 लेखक: Seth Attwood | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-16 16:05

पृथ्वी का वातावरण एक विशाल घंटी की तरह कंपन करता है: लहरें भूमध्य रेखा के साथ दोनों दिशाओं में यात्रा करती हैं, ग्लोब को घेरती हैं। इस निष्कर्ष पर जापान और संयुक्त राज्य अमेरिका के वैज्ञानिकों ने वायुमंडलीय अनुनाद की लंबे समय से चली आ रही परिकल्पना की पुष्टि की। यह घटना क्या है और क्या इसका उपयोग मौसम और दीर्घकालिक जलवायु परिवर्तन की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है?

लाप्लास तरंगें

19वीं शताब्दी की शुरुआत में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ पियरे-साइमन लाप्लास ने पृथ्वी के वायुमंडल की तुलना ग्रह को कवर करने वाले एक विशाल महासागर से की और व्युत्पन्न सूत्र, जिन्हें आज लाप्लास के ज्वारीय समीकरण के रूप में जाना जाता है, का उपयोग मौसम की भविष्यवाणी करने के लिए गणना में किया जाता है।

लाप्लास का मानना था कि वायुमंडल का अपना उतार और प्रवाह है, साथ ही वायु द्रव्यमान और तापीय ऊर्जा की तरंगें भी हैं। अन्य बातों के अलावा, उन्होंने पृथ्वी की सतह पर ऊर्ध्वाधर दोलनों का उल्लेख किया, जो क्षैतिज दिशा में फैलते हैं, जिसे सतह के दबाव में परिवर्तन द्वारा दर्ज किया जा सकता है।

भूभौतिकीविदों द्वारा लंबे समय से पृथ्वी के घूर्णन से जुड़े वायुमंडलीय ताप ज्वार की खोज की गई है। हालांकि, क्षैतिज तरंगों का पता नहीं लगाया जा सका। और अब यह स्पष्ट है कि क्यों।

जैसा कि क्योटो विश्वविद्यालय के ग्रेजुएट स्कूल ऑफ साइंस के ताकातोशी सकाज़ाकी और मनोआ में हवाई विश्वविद्यालय में अंतर्राष्ट्रीय प्रशांत अनुसंधान केंद्र के प्रोफेसर केविन हैमिल्टन ने पाया, लाप्लास तरंगों के बहुत बड़े पैमाने होते हैं - वे लगभग पूरे गोलार्ध को कवर करते हैं - और बहुत कम अवधि, एक दिन से भी कम।

इसलिए, स्थानीय वायुमंडलीय घटनाओं, जैसे कि गरज के साथ, और वायु द्रव्यमान के बड़े, लेकिन दीर्घकालिक आंदोलनों के अध्ययन में उनकी अनदेखी की गई।

क्षैतिज तरंग दैर्ध्य और वायुमंडलीय घटनाओं की अवधि का आरेख जो पहले वैज्ञानिकों द्वारा अध्ययन किया गया था। तारा ज्वार की लहरें हैं। लाल समोच्च - लाप्लास तरंग अनुनाद क्षेत्र

पृथ्वी की "शतरंज की बिसात"

अध्ययन के लेखकों ने यूरोपियन सेंटर फॉर मीडियम-रेंज वेदर फोरकास्ट (ECMWF) के 38 वर्षों के डेटा का विश्लेषण किया - 1979 से 2016 तक समावेशी, जिसमें ग्रह की पूरी सतह पर सतही वायुमंडलीय दबाव में प्रति घंटा परिवर्तन शामिल है। नतीजतन, दर्जनों पहले अज्ञात तरंग मोड की पहचान की गई - हार्मोनिक दोलनों की प्रणाली, जिसे वैज्ञानिक मोड कहते हैं।

शोधकर्ताओं को विशेष रूप से दो से 33 घंटे की छोटी अवधि वाली तरंगों में दिलचस्पी थी, जो दुनिया भर के वातावरण में क्षैतिज रूप से जबरदस्त गति से फैलती हैं - 1100 किलोमीटर प्रति घंटे से अधिक।

इन तरंगों से जुड़े उच्च और निम्न दबाव क्षेत्र मानचित्र पर एक विशिष्ट बिसात पैटर्न बनाते हैं, जो, हालांकि, चार मुख्य मोडों में से प्रत्येक के लिए भिन्न होता है - केल्विन, रॉस्बी, गुरुत्वाकर्षण तरंगें और बाद के दो के संयोजन।

निम्न (नीला) और उच्च (लाल) दबाव क्षेत्रों द्वारा बनाया गया एक बिसात पैटर्न। एक उदाहरण के रूप में, चार में से दो मुख्य मोड दिखाए गए हैं - केल्विन और गुरुत्वाकर्षण पृथ्वी के वायुमंडल के 32, 4 और 9, 4 घंटे के दोलन की अवधि के साथ। कंप्यूटर सिमुलेशन परिणाम

हवा की घंटी

यह पता चला कि पृथ्वी का वातावरण एक बजती हुई घंटी की तरह है, जब मुख्य कम आवृत्ति वाली पृष्ठभूमि पर उच्च स्वरों को आरोपित किया जाता है। यह सूक्ष्म अतिप्रवाह के साथ गहरी पृष्ठभूमि ध्वनि का संयोजन है जो घंटी बजने को इतना सुखद बनाता है।

केवल पृथ्वी का "संगीत" ध्वनि नहीं है, बल्कि वायुमंडलीय दबाव की लहरें हैं, जो पूरे विश्व को कवर करती हैं। चार मुख्य विधाओं में से प्रत्येक एक घंटी की प्रतिध्वनि के अनुरूप वातावरण की प्रतिध्वनि है। इस मामले में, कम-आवृत्ति केल्विन तरंगें पूर्व से पश्चिम की ओर फैलती हैं, और बाकी - पश्चिम से पूर्व की ओर।

वैज्ञानिकों ने सभी चार मोडों के योग से उत्पन्न होने वाले प्रतिध्वनि के मापदंडों की गणना की, जो बिल्कुल लाप्लास की भविष्यवाणियों के साथ मेल खाता था। और इसने उनके मुख्य विचार की पुष्टि की कि मौसम वायुमंडलीय दबाव तरंगों द्वारा नियंत्रित होता है।

मनोआ में हवाई विश्वविद्यालय से एक प्रेस विज्ञप्ति में ताकातोशी सकाज़ाकी ने उद्धृत किया, "यह संतुष्टिदायक है कि लाप्लास और अन्य अग्रणी भौतिकविदों की दृष्टि दो शताब्दियों बाद पूरी तरह से पुष्टि की गई है।"

"वास्तविक दुनिया के आंकड़ों में इतने सारे तरीकों की हमारी पहचान से पता चलता है कि वातावरण वास्तव में घंटी की तरह बजता है," हैमिल्टन जारी है।

लेखक वायुमंडलीय संवहन के कारण छिपे हुए ताप क्षेत्रों की घटना का नाम देते हैं और अशांत ऊर्जा प्रवाह के कैस्केड तंत्र को वैश्विक अनुनाद के संभावित कारणों के रूप में कहते हैं।

चार मुख्य तरीकों में से प्रत्येक के लिए निम्न (नीला) और उच्च (लाल) दबाव के क्षेत्रों का विस्थापन: ए - रॉस्बी तरंगें; बी - केल्विन तरंगें; - गुरुत्वाकर्षण तरंगें; डी - मिश्रित मोड रॉस्बी - गुरुत्वाकर्षण

अंटार्कटिका में भूमध्यरेखीय हवाएँ

वायुमंडल में तरंगों से जुड़ी एक और घटना को हाल ही में दक्षिण कैरोलिना में क्लेम्सन विश्वविद्यालय और बोल्डर में कोलोराडो विश्वविद्यालय के अमेरिकी वैज्ञानिकों द्वारा समझाया गया था।

अंटार्कटिका में मैकमुर्डो स्टेशन पर ध्रुवीय भंवरों का अवलोकन करना - ठंडी हवा की विशाल गोलाकार धाराएँ जो पृथ्वी के प्रत्येक ध्रुव पर सर्पिल होती हैं - उन्होंने देखा कि अंटार्कटिक भंवर वातावरण में अर्ध-द्विवार्षिक दोलनों (क्यूबीओ) के चरणों के साथ समकालिक है।

लगभग हर दो साल में, पृथ्वी की भूमध्य रेखा पर चलने वाली अक्षांशीय हवाएँ पूर्व से पश्चिम की ओर दिशा बदलती हैं। समताप मंडल में मोर्चा 30 किलोमीटर से अधिक की ऊंचाई पर शुरू होता है और लगभग एक किलोमीटर प्रति माह की गति से नीचे की ओर बढ़ता है। 13-14 महीनों के बाद, हवा का उलटा एक साथ पूरे भूमध्य रेखा के साथ होता है। इसलिए, एक पूर्ण चक्र में 26 से 28 महीने लगते हैं।

अर्ध-द्विवार्षिक दोलनों की सामान्य योजना

अमेरिकियों ने पाया कि QBO के पूर्वी चरण के दौरान, अंटार्कटिक भंवर पश्चिमी चरण के दौरान फैलता और सिकुड़ता है। यह भूमध्य रेखा से ध्रुवों तक वायुमंडल की विभिन्न परतों के माध्यम से मेरिडियन गुरुत्वाकर्षण तरंगों के पारित होने से समझाया गया है।

इन तरंगों को रिकॉर्ड किया गया और सुझाव दिया गया कि वे भूमध्य रेखा पर चलने वाली हवाओं की दिशा में बदलाव के साथ जुड़े हुए हैं - अवलोकन स्थल से नौ हजार किलोमीटर से अधिक की दूरी पर। 1999 से 2019 की अवधि के लिए NASA के MERRA-2 मौसम विज्ञान और वायुमंडलीय अवलोकन प्रणाली के डेटा के साथ तुलना इस बात की पूरी तरह से पुष्टि करती है।

यह लंबे समय से ज्ञात है कि ध्रुवीय भंवर क्षेत्र का विस्तार ठंड के मौसम को मध्य अक्षांशों में लाता है। हालांकि, उष्णकटिबंधीय में समताप मंडल की हवाओं की दिशा में बदलाव का मूल कारण एक आश्चर्य के रूप में सामने आया।

वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि उन्होंने जिन पैटर्नों की पहचान की है, वे मौसम की भविष्यवाणी के लिए अधिक सटीक जलवायु और वायुमंडलीय परिसंचरण मॉडल का नेतृत्व करेंगे। साथ ही, वे चिंतित हैं कि हाल के दशकों में मानवजनित कारकों का प्रभाव बढ़ रहा है।

इसलिए, चार साल पहले, हमने FTC की चक्रीयता का उल्लंघन देखा। फरवरी 2016 में, पूर्वी हवाओं में संक्रमण अचानक बाधित हो गया था। संभावित कारणों में से एक ग्लोबल वार्मिंग है।

अलार्म की घंटी

इससे भी बड़ी चिंता चरम मौसम की घटनाओं की बढ़ती आवृत्ति है, जो अक्सर वायुमंडलीय तरंग विसंगतियों से भी जुड़ी होती है। विशेष रूप से, वैज्ञानिक उत्तरी गोलार्ध में अर्ध-स्थिर वायुमंडलीय रॉस्बी तरंगों की घटना की ओर इशारा करते हैं।

रॉस्बी वेव्स उच्च ऊंचाई वाली हवाओं में विशाल मोड़ हैं जिनका मौसम पर गहरा प्रभाव पड़ता है। यदि वे अर्ध-स्थिर अवस्था में चले जाते हैं, तो चक्रवातों और प्रतिचक्रवातों का परिवर्तन निलंबित हो जाता है। नतीजतन, कुछ जगहों पर हफ्तों तक बारिश होती है, बाढ़ में बदल जाती है, जबकि अन्य में, असामान्य गर्मी सेट होती है, जैसा कि इस साल आर्कटिक में है।

मध्य और उत्तरी अमेरिका, मध्य और पूर्वी यूरोप, कैस्पियन सागर क्षेत्र और पूर्वी एशिया में कई बार गर्मी की लहरें और सूखा पड़ने और एक से दो सप्ताह तक चलने से कृषि को गंभीर नुकसान होता है। लगातार कई वर्षों से यहां फसल में गिरावट आ रही है, जिससे सामाजिक स्थिति जटिल हो गई है।

तो पृथ्वी का "संगीत" अधिक से अधिक बार एक कोमल राग की तरह नहीं, बल्कि एक खतरनाक खतरे की घंटी की तरह लगता है।