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南极上空的重力波

科学物理南极上空的重力波

首次发现南极上空神秘涟漪的起源,称为重力波

科学家在上方探测到重力波 南极洲的 2016 年的天空。 重力波以前未知的,其特征是大涟漪在 3-10 小时内持续席卷南极上层大气。 众所周知,这些波经常发生在地球大气层中传播,而且它们往往会在持续一段时间后消失。 然而,从科学家的定期观察中可以看出,在南极洲上空,这些波浪非常持久。 这些被称为“重力波”,因为它们主要是由地球的力形成的。 重力 以及它的自转,它们在中间层跨越了 3000 公里。 地球大气的主要层是对流层、平流层、中间层和最远的热层。 在 2016 年的那个时候,研究人员仍然无法理解这些波的起源。 然而,确定重力波的起源以了解地球大气层不同层之间的联系至关重要,这可以为我们提供有关空气如何在我们星球上循环的宝贵信息。

追踪重力波的起源

在发表的一项研究 地球物理学报,同一组研究人员将他们的实时观察与理论信息和模型相结合,以生成有关重力波的线索1. 他们对这些“持久”重力波的可能起源(它们是如何形成的以及在何处形成)提出了两种可能的解释。 第一个命题是,这些波要么来自中间层以下大气层中较小的低层波,即平流层(地球表面上方 30 英里)。 从山上流下的风推动了这些较低层的重力波,使它们变得更大,最终这些波浪向上移动到大气中。 一旦重力波到达平流层末端,它们就会破裂并像海洋中的涟漪一样被激发,从而产生更大的波浪,水平长度可达 2000 公里(而较小的低波有 400 英里),并大量延伸到中间层。 这种特殊的形成方式可以称为“二次波生成”。 作者观察到,二次波在冬季比其他时间更持久地形成,因此应该发生在两个半球的中高纬度。 研究人员提出的另一种可能性是重力波源自旋转的极地涡旋。 这个漩涡是一个低压区,在冬季旋转并占据南极洲的天空。 这种风和天气在冬季在南极周围循环。 这种高速旋转的风可以改变低层重力波,因为它们在大气中向上移动,甚至可以产生二次波。 作者表示,他们关于重力波起源的任何一项建议都可能是准确的,具体结论仍需要进一步研究。

在寒冷的南极洲进行研究

为了理解使用第一个命题的起源,瓦达斯的二次重力波理论与研究人员开发的高分辨率模型一起被考虑,然后形成了一个理论。 研究人员运行计算机模型、模拟和计算。 他们还使用了激光雷达系统装置——一种基于激光的测量方法——为此,他们在南极洲强大的冷风和零下温度中幸存下来。 美国南极计划和新西兰南极计划资助了他们在南极洲为期八年的时间。 激光雷达系统非常强大和稳健,能够确定大气不同区域的温度和密度。 它可以成功记录重力波引起的扰动。 该技术对于记录最难以其他方式观察的大气区域非常有帮助。 南极大气波研究对于即兴制作气候和天气相关模型非常重要,这些模型可用于实时记录和研究目的。 甚至重力波的能量和动量也可以通过强大的激光雷达系统进行测量。

这项研究表明,重力波会影响大气中的全球空气循环,进而影响温度和影响气候变化的化学物质的运动。 当前可用的气候模型并不能完全解释这些波浪的能量。 了解更多关于平流层的信息以了解对主要位于平流层下部区域的臭氧层的影响非常重要。 清楚地了解重力波,尤其是二次波是如何产生的,可以帮助我们改进当前的计算模拟模型。 作者确实承认其他可用的平行理论2 从 2016 年开始,这表明由海浪引起的南极洲罗斯冰架的振动可能是造成这些大气涟漪和波动的原因。 尽管仍有许多谜团需要解开,但目前的研究有助于清晰地描绘出全球大气行为。 观察和计算机建模的结合可以帮助解开这个宇宙的更多秘密。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

1. Xinzhao C 等。 2018. 南极洲麦克默多 (2011 °S, 2015°E) 77.84 年至 166.69 年平流层重力波的激光雷达观测:第二部分。 势能密度、对数正态分布和季节性变化。 地球物理研究杂志https://doi.org/10.1029/2017JD027386

2. 奥列格 A 等人。 2016. 罗斯冰架的共振和持续大气波的观测。 地球物理研究杂志:空间物理学.
https://doi.org/10.1002/2016JA023226

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赛欧团队
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