【環球網科技 記者 樊俊卿】據快科技報道,經過多年的研究,科學家破解南極上空出現了一些奇怪的東西,具體來說就是巨大而神秘的漣漪。這個出現在南極上空的神秘漣漪是所謂的“慣性重力波”,是地球重力和科裏 奧利力共同作用而產生的大氣振蕩。

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所謂的大氣中的擾動在科氏力作用下會產生慣性,這種振蕩在空間的傳播上就形成慣性波,它是一種橫波。慣性波指處於平衡位置的空氣質點,由於某種原因受擾動後偏離平衡,在科裏 奧利力(簡稱科氏力)作用下形成的波動。由於其發生在大氣內部,又稱慣性內波。

慣性波是二維波,可同時在水平、垂直方向傳播,主要是水平橫波(南北振蕩,東西向傳播),雙向傳播。也是頻散波,對於二維慣性波,其 相速矢量與群速度矢量也是垂直的,但相速矢量和群速矢量的垂直分量相同,而水平分量相反。

因為科裏奧利參數是一種常數,對應中尺度運動。故慣性波對中尺度運動有重要影響,但實際上,純慣性波並不存在。科裏奧 利力、重力是同時起作用的,所以是以慣性重力波這種混合波的形式出現,慣性重力波又分為慣性重力外波和慣性重力內波。

慣性重力波並不奇怪,奇怪的的是南極上空的慣性重力波卻令人驚奇地持久,從7年 前出現一直到現在,每次科學家都能觀測到這個景象,這是最困擾大家的。然而,導致慣性重力波在南極大氣層中間層(高度為50至80千米)持續出現(每次可長達10小時)的原因多年以來一直是個謎。現在,當年發現該現象的研究團 隊提出了兩個可能的解釋,並以兩篇論文的形式發表在7月25日的《地球物理學研究:大氣》(Journal of Geophysical Research: Atmospheres)期刊上。

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他們表示,一種可能是,這些巨大而持久的波動——在中間層跨越 長達3000千米——實際上源自其下方大氣層(即距離地球表麵8到50千米的平流層)中較小的波動。

根據這一理論,南極山地向下流動的風為這些低層重力波提供了補充。反過來,這些波逐漸成長並向上移動。一旦它們到達 平流層與中間層的交界處,就會像沙灘上的海浪一樣破裂,產生更大的波動。

需要說明的是,重力波與引力波並無聯係,後者是愛因斯坦相對論預言的時空漣漪,與大氣層中的空氣運動無關。

研究者稱,另一種可 能與極地渦旋有關。極地渦旋是一種隻發生於地球極地的持續性大規模氣旋,在極夜時期最為強大。在南極冬季,這一順時針旋轉的低壓區域占據了大部分天空。研究第一作者、美國科羅拉多大學博爾德分校航空航天工程科學係和 環境聯合研究中心教授初鑫釗稱,高速旋轉的風在向上移動時可能會改變低層重力波,或者自己產生這些波。

他們的研究結合了建模和激光雷達觀測。激光雷達可以確定大氣層不同區域的溫度和密度,揭示這些重力波引起 的擾動。研究人員還計算了重力波所攜帶的能量和動量。

初鑫釗教授指出,重力波會影響全球大氣環流,進而影響大氣層溫度和化學物質的流動。但是,大多數氣候模型並沒有將這些重力波攜帶的能量合理地考慮在內。例 如,南極上空平流層和中間層之間大氣邊界的模擬溫度要低於觀測顯示的溫度。這一區域稱為“平流層頂”(stratopause),對於理解人類活動如何影響臭氧層十分重要。如果沒有準確的溫度模擬,你就“無法很好地預測臭氧趨勢 ”。

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“我們認為對這些重力波,尤其是次級波產生的理解,可能有助於模型的改進,”初鑫釗教授說道。不過,這些都還隻是理論,也有其他研究者提出了自己的解釋。2016年發表於《地球物理學研究:空間物理》 (Journal of Geophysical Research: Space Physics)期刊的一篇論文提出,由海浪造成的南極羅斯冰架振動或許能解釋神秘的大氣漣漪。初鑫釗教授稱,她也無法排除這一可能性。 返回搜狐,查看更多

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