汤加爆发使大气像铃一样响起

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai爆发于2022年1月15日到达爆炸性的渐进式渐进式。其能源的迅速释放为海洋海啸提供了动力

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai爆发于2022年1月15日到达爆炸性的渐进式渐进式。其迅速释放的能源为海洋海啸供电,造成了与美国西海岸相距甚远的损害,但它也引起了大气中的压力波那很快就遍布世界。

接近喷发的大气波形图案非常复杂,但是数千英里之外,它看起来像是一个孤立的波浪前部,每小时以超过650英里的速度向外传播。

NASA的戈达德太空飞行中心首席科学家詹姆斯·加文(James Garvin)对NPR表示,航天局估计,在世界文字II期间,爆炸量约相当于10兆雄,大约约500倍,约500倍。从上面带有红外传感器的卫星观看卫星中,波浪看起来像是通过在池塘里扔石头而产生的涟漪。

脉搏在大气压力中登记为扰动,持续了几分钟,因为它越过北美,印度,欧洲和全球许多其他地方。在线,人们实时遵循脉搏的进步,因为观察家将其气氛观察发布到社交媒体上。波浪在整个世界上传播,并在大约35小时内返回。

当今天在美国移动时,对与汤加爆发有关的压力波的引人入胜的描述。 RT @akrherz:15分钟的压力高度计通过ASOS NWS/MADIS 5分钟间隔数据变化。显示了#TongaEruption的冲击波。 pic.twitter.com/qdarmc008y

– NWS密尔沃基(@NWSMILWAUKEE)2022年1月15日

我是一名气象学家,已经研究了近四十年的全球气氛的振荡。波浪前部从汤加爆发的扩展是全球大气波繁殖现象的一个特别壮观的例子,这是在其他历史性爆炸事件(包括核试验)之后看到的,这是如此强大。就像钟声一样,尽管频率太低而听不到。这是200多年前首先被理论化的现象。

Krakatoa,1883年

1883年,印度尼西亚的克拉卡托亚山的大喷发引起了引起科学关注的第一个压力波。

在世界各地的大气观测中检测到Krakatoa波脉冲。当然,当然,交流速度较慢,但​​是在几年之内,科学家将各个个体观察结果结合在一起,并能够在爆发后几小时和几天内在世界地图上绘制压力前线的传播。

波浪前部从克拉卡托亚(Krakatoa)向外行驶,观察到在全球至少进行三次完整的旅行。伦敦皇家学会(Royal Society of London)发表了一系列地图,说明了波浪阵线在1888年著名的喷发报告中的传播。

1888年的报告中的地图(此处显示为动画循环)揭示了1883年克拉卡托阿(Krakatoa)爆发的压力波每两个小时的位置。凯文·汉密尔顿(Kevin Hamilton),基于伦敦皇家学会图像,CC BY-ND

Krakatoa或最近的Tonga爆发后看到的波浪是非常低频的声波。当局部压力变化会在相邻的空气上产生力,然后加速,随后会导致膨胀或压缩,而伴随的压力变化会导致膨胀或压缩,这反过来又沿波动的路径越来越远。 ,我们希望从直接爆炸的烟火火箭到地面旁观者的耳朵直线行驶。但是,这些全球压力脉冲具有水平传播的特殊性,并且在遵循地球的曲率下弯曲。

拥抱地球的波浪理论

200多年前,伟大的法国数学家,物理学家和天文学家皮埃尔·西蒙·德·拉普拉斯(Pierre-Simon de Laplace)预测了这种行为。

拉普拉斯将他的理论基于在全球范围内管理大气运动的物理方程式。他预测,大气中应该有一类运动,可以迅速传播,但拥抱地球的表面。拉普拉斯(Laplace)表明,相对于垂直空气运动,重力和大气浮力的力有利于水平空气运动,一种效果是允许一些大气波跟随地球的曲率。

在19世纪的大部分时间里,这似乎是一个抽象的想法。但是,克拉卡托阿(Krakatoa)爆发后的压力数据以一种戏剧性的方式表明拉普拉斯(Laplace)是正确的,并且这些紧紧的运动可能会激发,并且会在巨大的距离上传播。

今天对这种行为的理解被用来检测遥远的核爆炸。但是拉普拉斯理论对全球气氛的背景振动的全部含义才被证实。

一种喷发,使大气像铃一样响起,这是拉普拉斯理论化现象的一种体现。同样的现象也作为大气的全球振动存在。

这些全球振荡类似于最近在浴缸中来回晃动的水,直到最近才被最终检测到。

海浪可以在整个世界上迅速连接大气,就像通过乐器传播的波浪,例如小提琴弦,鼓皮或金属铃。气氛可以并且在一组不同的频率下进行“戒指”。

2020年,我的京都大学同事高田萨卡基(Takatoshi Sakazaki)和我能够使用现代观察结果来证实拉普拉斯(Laplace)理论对大气中全球连贯振动的影响。在全球范围内,每小时38年的大气压力数据集分析新发布的大气压力数据集,我们能够发现Laplace和其他跟随他的其他人的全球模式和频率。

这些全球大气振荡的声音太低了,听不到,但是它们不断地对大气中的所有其他动作不断兴奋,这为我们大气中的天气波动提供了非常温和但持久的“背景音乐”。

拉普拉斯(Laplace)的作品是通往我们现代计算机预测天气的道路的第一步。

本文根据Creative Commons许可从对话中重新发布。阅读原始文章。

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