Toda a atmosfera da Terra vibra como um sino gigante, com várias ondas ressonantes em grande escala viajando em ambas as direções ao redor do globo. Essa é a conclusão de cientistas no Japão e nos EUA, que confirmaram uma hipótese de quase dois séculos de ressonância atmosférica. Sua pesquisa deve ajudar a melhorar as previsões meteorológicas e as previsões climáticas de longo prazo.
Os fundamentos da ressonância atmosférica foram apresentados pela primeira vez no início de 1800 pelo estudioso e matemático francês Pierre-Simon Laplace. “Laplace mostrou que, em meio a todas as complicações da dinâmica atmosférica, deveria haver um conjunto de movimentos de onda com conteúdo de energia preso na vertical – ou seja, preso na superfície da Terra – e propagando-se puramente na horizontal”, explica o cientista atmosférico Kevin Hamilton do Universidade do Havaí em M’noa.
Ele acrescenta, Laplace previu “que as propriedades horizontais dessas ondas devem ser as mesmas que para um oceano uniformemente profundo que cobre toda a Terra com alguma ‘profundidade equivalente'”. A natureza dessa estrutura horizontal é governada pela equação das marés de Laplace.
Os pesquisadores conseguiram identificar rapidamente as ondas forçadas associadas à rotação da Terra – marés térmicas atmosféricas – também previstas como resultado do trabalho inicial de Laplace. No entanto, apesar do considerável trabalho subsequente, a presença das ondas de Laplace permaneceu sem ser detectada.
Lacuna observacional
Isso ocorre porque as ondas têm escalas horizontais muito grandes e curtos períodos de um dia ou menos, o que as coloca em uma lacuna observacional entre estudos de fenômenos de pequena escala operando em pequenas escalas de tempo (como tempestades individuais, por exemplo) e em larga escala recursos com períodos de um dia ou mais.
Em seu novo estudo, no entanto, Hamilton e seu colega Takatoshi Sakazaki – um físico da Universidade de Kyoto no Japão – usaram dados de re-análise do Centro Europeu de Previsões Meteorológicas de Médio Prazo para examinar a pressão atmosférica em todo o mundo a cada hora, de 1979 a 2016 . O exame da equipe dos valores de pressão superficial do novo conjunto de dados revelou dezenas dos modos de onda normais previstos, geralmente com períodos entre duas e trinta e três horas que viajam horizontalmente ao redor do globo a velocidades superiores a 1100 km / h. A equipe descobriu que a propagação dessas ondas resulta em um padrão no estilo quadriculado de alta e baixa pressão que circunda o globo.
“Para esses modos de onda que se movem rapidamente, nossas frequências observadas e padrões globais correspondem muito bem aos previstos teoricamente”, disse Sakazaki. “É emocionante ver a visão de Laplace e de outros físicos pioneiros tão completamente validados depois de dois séculos.”
Novos caminhos de pesquisa
“Nossa identificação de tantos modos em dados reais mostra que a atmosfera está realmente tocando como um sino”, concordou Hamilton. “Isso finalmente resolve um problema antigo e clássico da ciência atmosférica, mas também abre uma nova avenida de pesquisa para entender os processos que excitam as ondas e os que atuam para amortecê-las”.
Segundo Hamilton, possíveis motivadores das ondas ressonantes podem incluir um efeito global de aquecimento latente em pequena escala na atmosfera devido à convecção ou excitação através de parte das cascatas turbulentas de energia através da atmosfera.
“Como analogia, imagine uma banheira cheia de água. Pegue uma raquete e mexa vigorosamente por alguns segundos. Espere um minuto e veja como o fluxo se desenvolve”, explica ele. “Você verá movimentos em pequena escala como resultado das interações turbulentas, mas também notará uma movimentação mais organizada na escala de toda a banheira nas frequências de ressonância natural.”
Modelos climáticos globais
Com o estudo inicial concluído, os pesquisadores agora buscam realizar comparações entre suas descobertas e os resultados dos modelos climáticos globais.
As descobertas são “um belo exemplo de teoria fundamental confirmada em observações – algo não muito comum em um sistema complexo como a atmosfera da Terra”, comenta Ted Shepherd, cientista climático da Universidade de Reading, no Reino Unido.
“Houve desenvolvimentos recentes defendendo uma atenção renovada a esses modos como um diagnóstico do comportamento atmosférico”, acrescentou. “Este novo estudo mostra como as observações da pressão superficial têm o potencial de desbloquear essa oportunidade.”
“Os modos normais detectados agora podem ser úteis para testar modelos da circulação da Terra”, concordou Stephen Lewis, físico atmosférico da Open University do Reino Unido. Além disso, ele acrescentou, os modos de onda “até têm conexões com modos que podem desempenhar um papel na atmosfera mais fina de Marte”.
Publicado em 28/07/2020 06h22
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