来自互联网光束气球的重力波见解

导读 发射到平流层的巨型气球将互联网服务传送到地球,帮助科学家测量了我们高层大气中的微小涟漪,从而发现了可以改善天气预报和气候模型的模式...

发射到平流层的巨型气球将互联网服务传送到地球,帮助科学家测量了我们高层大气中的微小涟漪,从而发现了可以改善天气预报和气候模型的模式。

波纹被称为重力波或浮力波,是当空气团被迫向上然后被重力拉低时出现的。想象一下,一团空气冲过群山,冲向凉爽的山谷,穿越陆地和海洋穿梭,跳起暴风雨的跳水船,在稳定的大气层之间来回跳跃,在浮力和重力之间进行了巨大的拉锯战。单个波浪可以传播数千英里,并沿途传递动量和热量。

斯坦福大学大气科学家阿迪蒂·谢沙德里(Aditi Sheshadri)说,虽然它不如引力波(时空结构起伏)广为人知,但大气引力波无处不在且强大。 。它们会导致在晴朗的天空中飞行的飞机上产生一些湍流,并且对风暴在地面上的扩散方式有很大的影响。

高飞气球

8月30日发表在《地球物理研究杂志:大气》上的这项新研究借鉴了Loon LLC公司的超压气球数据,该公司设计了气球,以提供对塔楼或光缆服务不足区域的互联网访问。隆恩(Loon)于2018年从Google母公司Alphabet分离出来,已发送了数千个载有传感器的气球,它们在平流层中航行12英里(远高于商用飞机和大多数云层的高度),连续飞行100天或更长时间。

斯坦福大学地球系统科学助理教授谢沙德里说:“这真是一件很幸运的事情,因为他们没有为任何科学任务收集数据。但是,顺便说一句,它们恰好是在测量位置,温度和压力。”地球,能源与环境科学学院(斯坦福大学地球学院)。

研究人员根据从2014年到2018年的4811个独立小时内收集的气球数据,计算出了重力波运动。 ,但覆盖范围近乎全球。”

小浪,行星撞击

重力波是大气动力学的重要组成部分。该研究的主要作者埃里克·林德格伦(Erik Lindgren)说:“它们帮助推动了大气的整体循环,但是有些重力波太小且太频繁,无法用卫星观测到。”她曾在Sheshadri实验室担任博士后学者。“这些是我们在这项研究中关注的重力波。” 早期使用大气气球跟踪高频重力波的研究通常结合了不超过几十个气球飞行的数据,覆盖的面积较小,季节较少。

事实证明,Loon数据对于计算高频引力波特别有用,该引力波每天可能在数百英尺到数百英里的范围内上升和下降数百次。“它们很小,并且会在数分钟的时标上变化。但是,从整体上讲,它们会影响射流的动量预算,这是这种巨大的行星尺度物质,与风暴相互作用,并在设定路线。”

重力波还会影响极地涡旋,这是一种寒冷的空气漩涡,通常盘旋在北极上,并且可能一次连续几个月将极冷的空气吹入欧洲和的部分地区。它们与准两年一次的振荡相互作用,大约每14个月,在赤道上方吹来的高风带使方向反转,从而对臭氧层消耗和地表天气产生了巨大影响,远远超出了热带地区。

因此,了解重力波是改善区域范围天气预报的关键,尤其是在全球变暖继续破坏历史格局的情况下。Sheshadri说:“正确设置引力波将有助于限制循环对气候变化的反应,例如在特定位置要下多少雨,暴风雨的数量,如风,雨,雪等动力。”

建立更好的模型

当前的气候模型估计了高频引力波对一种黑匣子中的循环的影响,几乎没有来自现实世界的观察或有限的现有物理过程知识的约束。Lindgren说:“到目前为止,还不清楚这些波在不同地区或不同季节以非常高的频率或很小的比例如何表现。”

Sheshadri及其同事专注于在不同时间尺度上与高频重力波相关的能量,以及该能量如何随季节和纬度而变化。他们发现这些波更大,并且在热带和夏季积累了更多的动能。能量较小的较小波在极地附近和冬季更为常见。他们还发现重力波与准两年一次振荡的相位同步变化。Lindgren说:“我们发现了在一年中的不同时间以及在全球不同地区重力波活动的明显变化。” “至于确切原因尚不清楚。”

在未来的研究中,Sheshadri的目的是确定造成这些差异的原因是哪些重力波源,并从相对不频繁的观测中推断出非常高频率下的重力波振幅。她说:“了解重力波如何驱动大气环流,这些波与平均流之间的相互作用,这确实是理解大气动力学的下一个前沿。”

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