Планетарные волны — это охватывающие всю толщу атмосферы колебания давления, плотности, температуры и скорости ветра. Они не видны человеку и могут длиться до 30 дней. Физики изучили планетарные волны и обнаружили, что они способны формировать возмущения в стратосфере, которые могут вызвать экстремальные потепления и похолодания в Арктике и в умеренных широтах. Исследование провели сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ).
Планетарные волны образуются в нижней атмосфере и распространяются до самых верхних ее слоев, а амплитуда колебаний растет с высотой из-за уменьшения плотности атмосферы. В верхних слоях волны представляют собой доминирующую форму движения, определяющую перенос энергии и импульса между различными слоями атмосферы. Также это основная движущая сила атмосферной меридиональной циркуляции (переноса воздушных масс между экватором и полюсами), которая в силу своего глобального характера считается основным механизмом, влияющим на состав атмосферы за счет переноса аэрозоля и газов.
По словам физиков СПбГУ, изменение меридиональной циркуляции влияет на поведение озонового слоя, состояние которого в последнее время привлекает повышенное внимание ученых в связи с изменениями его глобального содержания. Так, озоновый слой выступает своего рода «защитником» жизни на Земле от губительного воздействия жесткой части ультрафиолетового излучения Солнца, а также в целом влияет на климат и биосферу.
Ученые исследовали влияние на глобальную циркуляцию атмосферы ряда планетарных волн с периодами от 3 до 16 суток. Отдельно физики изучили вклад планетарной волны с периодом в 16 суток, которая регулярно наблюдается в атмосфере, особенно усиливаясь в зимний период в северном полушарии. Такие волны исследовали ранее с помощью данных, получаемых со спутников и радаров, однако ранее никто не оценивал вклад 16-дневной волны в изменение скорости ветра и температуры на планете.
«Для такой работы нужно провести ряд численных экспериментов и смоделировать атмосферную циркуляцию. Мы провели такие эксперименты и показали, что воздействие только одной 16-дневной волны в среднем за месяц может изменять скорость атмосферных течений (ветров) до 5 %. Казалось бы, процент совсем небольшой, однако речь идет о глобальном, постоянно действующем процессе, что оказывает существенное влияние на климатические условия, в том числе на температуру», — рассказал доцент кафедры физики атмосферы СПбГУ, доктор физико-математических наук Андрей Коваль.
Как отметил исследователь, детальное изучение планетарных волн важно не только для общего понимания атмосферных взаимодействий, но также имеет большое значение с практической точки зрения. Например, совокупный вклад нескольких планетарных волн может при определенных условиях производить такие мощные возмущения ветра и температуры в стратосфере, что их «отголоски» распространяются вниз до поверхности, приводя к периодам экстремальных похолоданий или потеплений в Арктическом регионе и умеренных северных широтах. Подобные события еще называют волнами холода и тепла, и фундаментальные исследования позволяют лучше прогнозировать такие изменения, что значительно снижает возможный ущерб от последствий планетарных волн.
Исследования провели сотрудники лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Минобрнауки России. Результаты их работы опубликованы в одном из международных научных журналов.
