罗斯比波影响我们的天气和潮汐,但它们是什么?

由:马克曼奇尼|
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环绕地球北极的急流从西向东流动。但当急流与罗斯比波相互作用时,如图所示,风可以向遥远的北方和南方移动,将寒冷的空气带到通常温和的南部各州。18新利最新登入美国航空航天局/戈达德宇航中心

卡尔-古斯塔夫·阿维德·罗斯比是一位瑞典出生的气象学家,他留下了相当多的遗产。罗斯比在第二次世界大战期间为美国军方训练科学家,并对气候变化提出了有先见之明的警告。虽然他1957年,他的名字因他在动荡的20世纪30年代发现的一种现象而永存:罗斯比波。

也被称为“行星波”,它们对我们的大气和大气有巨大的影响海洋.正如詹姆斯·r·霍尔顿和格雷戈里·j·哈基姆在他们的书中写道:《动力气象学概论》罗斯比波是“对大规模气象过程最重要的波类型”。

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他们影响着从涨潮极端天气模式。这就是发生的事情究竟.让我们不要忽视太阳,它经历了罗斯比波自己的.大气也是如此金星而且木星

但是这些东西是怎么定义的呢?是什么让罗斯比波变成了罗斯比波?

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流体科学

罗斯比波可以在内部发生液体

我们在这里讨论的不仅仅是液体。任何流动的物质,在其表面受到平行方向的应力(如摩擦)而不断变形被认为是流体.按照这个标准,空气本身是一种流体,就像我们潮湿而美妙的海洋一样。

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真正的罗斯比波需要满足一些特定的标准。首先,这些波只发生在内部正压流体-密度仅是压力函数的一类流体。而且,罗斯比波是自然的副产物科里奥利效应

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罗斯比波通过北半球的急流(a和b)发展,最终分离出一“滴”冷空气(c)。
18新利最新登入HowStuffWorks/Wikimedia Commons (CC By SA 3.0)

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给事情添油加醋

是时候免责了。长期以来,人们一直指责科里奥利效应篡改澳大利亚的厕所。这是错误的。与都市传说所说的相反,科里奥利效应与刚冲过厕所的水是如何旋转的几乎没有关系。18新利最新登入

它的实际作用涉及到一些物体在穿过地球或太阳等旋转物体时的运动方式。

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我们的地球绕着自己的轴向东旋转,这条看不见的线穿过地球,连接着南北极。此外,地球赤道附近要比两极厚得多。因此,必然地,随着地球转动在美国,赤道地区的自转速度比高纬度地区要快。

每次你站在赤道上在美国,你和你脚下的地面正以每小时1030英里(1670公里)的速度向东旋转。但当你站在北极的城市Utqiaġ维克,阿拉斯加位于北纬71度以上在赤道,你向东旋转的速度将降低到每小时340英里(或每小时550公里)。

这种差异解释了为什么空中物体是朝南北方向运动的似乎偏离了轨道而不是直线运动。

“罗斯比波的存在是因为科里奥利效应,”科罗拉多州的高级科学家、建模师和理论太阳物理学家Mausumi Dikpati说高空天文台(HAO),在一封电子邮件中。“没有旋转,没有罗斯比波。”

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海洋和天空

在地球上,罗斯贝波发生在我们的大气和海洋中。科学家们已经了解了大气罗斯比波自1939年以来,而海洋罗斯比波首次发现回到1977年。

两人有很多共同之处。迪克帕蒂告诉我们,它们都是由“科里奥利力的作用”引起的。

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另一个影响因素是太阳。阳光不是均匀地使地球变暖,而是以比温带和两极更快的速度使赤道变暖。因此,地球有一个天然的温度梯度基于纬度。

然后是风,它的力量和方向会受到身高的严重影响。

迪克帕蒂解释说:“大气罗斯贝波是由纬度温度梯度和垂直风梯度的不稳定性激发的,而海洋罗斯贝波可以由这两者和风对海洋表面的影响激发。”

当这些波在海洋中发生时,它们的规模通常比我们大气中的罗斯比波要小。此外,迪克帕蒂说,海洋罗斯贝波“局限于海洋盆地,而大气波则在地球周围传播。”

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上涨的潮水

当你站在地球表面时,你无法真正用肉眼观察海洋罗斯贝波。但对科学家来说幸运的是,人造卫星可以监测它们的进展。

称海浪“缓慢移动”是一种保守的说法。在低纬度地区,它们可能会。”要花几个月到一年的时间才能穿越(太平洋)海洋美国国家海洋和大气管理局

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在远离赤道的地方,太平洋罗斯贝波可以以更悠闲的速度传播,有时需要10年或更长时间才能穿越世界上最大的海洋

尽管罗斯比波很慢,但沿海社区不应该忽视它。它们能使涨潮比平时高。毫不奇怪,海浪也与严重的洪水有关。

整个海岸线都可能受到影响;到来的罗斯贝波可以提高数百英里(或数百公里)的海边财产的水位一段时间-对当地基础设施造成严重破坏。

一个2018年的研究发现罗斯贝波可能会导致沿海海平面上升3.9英寸(10厘米)以上,这是不容小觑的,而不是在一个世界上近40%人口的一半生活在距离海洋60英里(约100公里)的范围内。

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现在流

急流是罗斯比波浪的另一个游乐场。

急流形成于冷暖气团的交汇处,是一种快速移动的气流。它们在地球表面上方约5至9英里(8至14.4公里)的大气层中巡航,平均速度为110英里/小时(177公里/小时)。

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地球上有四条主要的急流,其中两条在极地地区,一组“亚热带”急流位于赤道两侧。它们都是从西向东旅行的。

迪克帕蒂说:“我们在天气图上看到的[急流]中的波浪与罗斯比波密切相关。”“它们与平均东西向风相互作用,产生了我们所看到的波状模式,以及我们所感受到的(大规模)天气变化。这种相互作用是现代数值天气预报模型的核心。”

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一种由强西风急流在美国东部上空引起的由西向东快速移动的云团
Wikimedia Commons (CC By SA 4.0)

科学家记录了“极端的热浪在2003年、2010年和2015年期间在欧洲进行的调查。这些事件都与穿越北半球亚热带急流的一系列罗斯比波有关。

扭曲的波浪可以使高压或低压天气系统停滞,长时间限制它们的运动。在错误的情况下,这可能引发洪水和干旱等自然危机。早在2018年,罗斯比波活动有牵连的日本的山洪暴发和北美的热浪。

此类事件可能会产生全球性影响。2020年的研究发表发表在《自然气候变化》杂志上的一篇文章认为,罗斯贝波可能对国际粮食安全构成重大威胁。不难想象,在对世界粮食供应至关重要的地区,由这些海浪带来的高温会使作物产量下降11%。令人愉快的。

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特色

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