报料电话:(0898)88981099、88981066
您的位置:人文地理>
人文地理

谁在操纵南极上空的神奇涟漪

2018-08-24 10:03:36


视觉中国



7年前,科学家使用先进的雷达,在南极上空高层大气中发现了一些神奇的涟漪,并将其确认为大气“惯性重力波”。

事实上,惯性重力波并不罕见,经常出现在地球大气的不同区域和高度上,维持时间很短,稍纵即逝。但科学家在南极上空(高度为50至80千米)发现的惯性重力波却可以维持时间长达10小时,强度也超过地球其他地区。南极惯性重力波的这些特殊性一直困扰着大气科学家们,不断有人对其机理提出各种推测和解释。

最近,当年发现该现象的研究团队试图对这一现象进行解释,并将成果发表在《地球物理学研究:大气》期刊上。

那么,到底什么是惯性重力波,为什么南极惯性重力波的维持时间和强度远大于地球其他区域?记者就此采访了中科院大气物理所低层大气探测研究部主任邹捍。1988年他参加过南极科学考察,对南极大气有较为深入的研究。


到底什么是惯性重力波

邹捍告诉科技日报记者,地球上的任何一个物体都会受到向下的地球引力即重力的影响。漂浮在液体或气体中的物体都受到向上的浮力。当重力和浮力平衡的时候,这个物体就平稳地悬浮在液体或气体中。比如,给氢气球加上适当的配重,它可以悬浮在空气中任意的高度上。在氢气球的重力和浮力达到平衡后,对它施加一个外力,比如用手轻轻地将其向下拉动一下,它就会在空气中上下跳动。

事实上,地球大气层也是由具有不同密度的气块组成的,低层气块的密度大,高层气块的密度小。如果没有外力扰动,这些气块处于重力和浮力平衡中,稳定悬浮在自己的位置上。

“如同上面所说的氢气球,气块如果受到垂直方向的扰动,它们将围绕自己的平衡位置震荡。”邹捍说,这种上下震荡被称为重力波。重力波导致的大范围大气垂直运动,可以使大气水分凝结,形成高层带状云系,形似涟漪,非常壮观。

由于地球自转,地球上任何水平运动的物体都会受到一种惯性力——科里奥利力。在科里奥利力作用下,在北半球做水平运动的物体会向右偏转,在南半球则向左偏转。

在真实大气中,大气重力波不仅有垂直方向的震荡,也存在水平方向的震荡。在科里奥利力作用下,重力波的水平往复运动将获得与运动方向正交的惯性震荡。这种受到地球自转惯性作用影响的重力波,被称为“惯性重力波”。

但邹捍说,从惯性重力波运动本质看,它是空气质点在地球重力和浮力作用下的震荡,是经典力学中的波动现象。它与引力场在太空中传播形成的引力波无关,更与不同引力波相干涉产生的“涟漪”风马牛不相及。


南极惯性重力波为何与众不同

一个值得关注的现象是,南极惯性重力波的强度和持续时间大于地球其他地区。

对于南极上空的这种持续惯性重力波产生的原因,一种解释认为,这种波实际上源自其下方大气层中较小的波动;另一种解释认为可能与极地涡旋有关;还有一种解释认为是由海浪造成的南极罗斯冰架振动造成的。

邹捍比较认同前两种解释。

南极地区的大气环流有着自己的独特“个性”。受南半球的地理特征和大气驱动力影响,南极上空的大气运动以绕极环流为主,南北向运动较弱。冬季极夜期间,南极上空的绕极环流更加强盛,风速最大区在南极大陆边缘,可持续几个月。南极上空这一绕极环流被称为“南极极涡”,其高度范围从数公里直到50公里以上,是南极地区大气运动的主要特征,明显区别于地球其他地区。

南极极涡像一堵无形的墙,围绕在南极上空,阻止南极内部的空气与外界空气交换,使南极上空的大气属性明显区别于外部。当南极大陆上空大气南北向运动时,穿过南极极涡边缘产生跳动,就使得空气气块离开浮力平衡位置,激发出大气惯性重力波。

值得一提的是,冬季的南极极涡非常深厚,从对流层中上层一直到整个平流层。在南极上空,所有穿过南极极涡边缘的大气运动均可激发惯性重力波,这些惯性重力波的能量逐渐上传,在平流层顶附近积累,形成较其他地区更强的惯性重力波,使其维持时间远远超过地球其他地区。

关于“由海浪造成的南极罗斯冰架振动产生南极大气惯性重力波”的解释。邹捍认为,相对于南极上空惯性重力波的振幅,罗斯冰架震动对大气的影响相当微弱,并且距离平流层上层非常遥远,这种影响基本可以忽略。因此,由海浪造成的南极罗斯冰架振动产生南极大气惯性重力波的说法从科学上讲有些牵强。


 相关链接 

探测技术发展让它成功引起科学家的注意

邹捍说,在过去的大气研究中,由于中高层大气探测手段较弱,人们对惯性重力波这一大气运动了解较少,无法清晰地描述和解释其发生和发展过程及其对大气过程的影响。近年来,随着中高层大气探测技术不断发展,例如激光雷达技术的应用,人们对大气惯性重力波的探测能力不断增强,认识也不断加深。这也是为什么近年来南极大气惯性重力波引起人们注意的原因。

但邹捍同时表示,作为一种大气波动形式,以往对惯性重力波的研究并不热门。一个重要原因是,在全球气候变暖背景下,人们最关心的是接近地球表面的低层大气,与人类活动相关的大部分大气过程,像风霜雨雪、大气污染等,都发生在这个层次。比如,在气候变化研究中,最重要的指标就是地面大气温度。尽管惯性重力波存在于大气的各个层次中,但在低层大气中,惯性重力波的强度远小于其他大气运动形式,对人们关心的天气、气候和环境过程影响较小。只有在较高的大气层次中,其他大气运动显得较为平稳,大气惯性重力波才变得较为明显和重要。


来源:科技日报


  • 三亚特色农产品“圈粉”又“吸金”
    魏庆标告诉记者,他销售三亚芒果这个产品十几年了,特别是三亚树上熟的贵妃芒果,“随着市场认可度越来越高而越来越火爆,自己十分看好这个产品。福建客商魏庆标每年都要销售三亚芒果3万吨,每年都与三亚市芒果协会签订了销售合作意向。“三亚芒果是高品质的热带水果,通过几年来不断对品牌的打造,特别是近年来推出的树上熟的贵妃芒果,热销至北上广深等城市,甚至走出国门,为三亚赢得荣誉。
  • “大师嘉年华”首场主题论坛举办
    在此次“大师嘉年华”首场主题论坛上,努里·比格·锡兰带着新作《野梨树》,以“野梨树下的时间河”为题,向在场的中国青年导演及观众解析了自己独特的电影语言。本报讯(记者刘少珠袁燕)12月14日上午,首届海南岛国际电影节“大师嘉年华”首场主题论坛在三亚举办。她说,大师嘉年华作为首届海南岛国际电影节的特色活动之一,邀请了国际大师级的电影人、青年导演加入,旨在拓展首届海南岛国际电影节的国际视野,同时为中国电影新锐力量提供更多交流机会和平台,让来自世界各地的青年导演收获世界级电影人的宝贵经验和心得,以及他们对于电影独特的艺术追求。
  • 2018海南亲水运动季大东海摩托艇精英邀请赛开赛
    市文体局相关负责人表示,本次赛事利用三亚市发展帆船帆板和游艇、皮划艇运动的良好契机,塑造“体育+旅游”品牌影响力,力争把摩托艇精英邀请赛打造成三亚又一个新的文化体育旅游品牌,带动三亚体育旅游文化产业的发展。本次比赛由国家体育总局、海南省人民政府主办,国家体育总局水上运动管理中心、国家体育总局游泳运动管理中心、海南省旅游和文化广电体育厅、三亚市人民政府承办。国家体育总局水上运动管理中心党委书记李瑞林在开幕式致辞中表示,摩托艇运动与三亚城市形象高度契合,市民游客在三亚享受阳光沙滩的同时可以欣赏到高水平的摩托艇比赛,希望通过赛事让更多本地青少年参与这项运动,享受海上运动带来的魅力与乐趣,进一步推动海上亲水运动项目的发展。
  • 童道驰调研检查市公安和消防工作
    他强调,要进一步提高政治站位,强化大局意识,提升业务水平,努力打造装备精良、训练有素、本领高强的队伍,全力维护三亚社会和谐稳定,为海南自由贸易试验区和中国特色自由贸易港建设作出积极贡献。三亚地理位置特殊,城市发展日新月异,特别是海南自由贸易试验区和中国特色自由贸易港建设的新形势新任务,对警务工作和队伍建设提出了新要求新挑战,迫切需要不断加强警务工作,全力维护社会稳定,为三亚经济社会健康发展营造良好环境,为平安三亚、美好新海南以及国家安全作出积极贡献。随后,童道驰还现场观摩了“警保联控”演练、“路长制”执勤点和“飞鹭支队”装备、训练等情况,对我市创新警务模式,向科技要警力,向社会要警力,推动共建共治共享的治理模式给予充分肯定和赞赏。
  • 法治“领航” “活力”吉阳
    建设国际一流营商环境,营造好法治化、国际化、便利化的营商环境,吉阳区始终坚持法治先行,探索推行法律顾问制度和公职律师制度,法治思想渗透到基层工作的方方面面,与整治环境污染、助力精准扶贫、推进创文巩卫、加快重点项目、完善城市治理等各项工作协同发展,下重拳、破障碍、筑坦途,以优质的服务供给,打造高质量营商环境,从而带动吉阳高质量发展,真正为市场主体添活力,为人民群众增便利。吉阳区项目推进中心相关负责人陈文冲说,该项目行政工作范围涉及面比较广,聘请法律顾问为提高依法行政效率,规范依法行政行为,确保依法行政。“从开始一天多次咨询逐渐变成几天咨询一次,经过耐心的法律问题解答,工作人员对于日常工作中涉及的法律问题日趋熟悉,法制工作逐渐规范化,依法行政的水平大幅提高。
预决算公开栏  关于本报 | 广告刊例    征订热线:(0898)88662030   投递投诉:(0898)88662898   报料电话:(0898)88981099、88981066