La dinámica de la atmósfera de nuestro planeta es tan compleja que incluso los algoritmos meteorológicos modernos no siempre pueden resolverla y dar predicciones correctas.
Pero esto no asustó al científico francés Pierre-Simon, el marqués de Laplace , quien en el siglo XVIII supo predecir una característica simple pero importante del comportamiento de la atmósfera terrestre. Aunque Laplace nunca había visto un mapa meteorológico global en su vida, desarrolló una teoría que predijo que las olas con caídas de presión se precipitaban constantemente por nuestro planeta.
"Hasta finales del siglo XX, modelar la atmósfera se hacía a lápiz sobre papel y era bastante tosco, pero Laplace tuvo éxito", dice David Randall.), científico de ciencias atmosféricas de la Universidad Estatal de Colorado. "Es increíble."
Las ideas de Laplace provocaron una búsqueda de estas olas durante un siglo. Pero las oscilaciones resultaron no solo enormes, sino también muy débiles. Incluso los mejores físicos no han podido detectarlos.
Y ahora esta búsqueda ha llegado a su fin. En el nuevo conjunto de datos meteorológicos, los científicos modernos han descubierto lo que millones de barómetros se han perdido: una "sinfonía" de ondas que envuelven a toda la tierra en una colcha de retazos de zonas de presión débil y fuerte.
He aquí una excelente confirmación de la vieja teoría. Pero hablemos de todo en orden.
Cuerdas del planeta
Laplace con el uniforme del Canciller del Senado. Fragmento de un retrato de Jean-Baptiste Guerin, 1838
Todo comenzó con el hecho de que Laplace se interesó por la influencia de la gravedad de la luna en la atmósfera de la Tierra. Decidió analizar qué tipos de ondas se generan como resultado de esta interacción.
Laplace imaginó la atmósfera como una fina capa de líquido sobre una esfera lisa. Llegó a la conclusión de que la gravedad debería presionar las ondas contra el suelo, donde se moverán más o menos en un plano horizontal, como ondas bidimensionales (superficiales).
"Él fue el primero a quien se le ocurrió esta ilustración, explica Kevin Hamilton ( por Kevin Hamilton ), profesor emérito de la Universidad de Hawaii en Manoa, coautor del nuevo estudio. "Esa fue una suposición excelente".
Laplace no le dio a estas ondas un nombre especial y no estudió su movimiento con más detalle, pero los científicos modernos en el campo de las ciencias atmosféricas las llaman "vibraciones normales" (o modos, modos normales).
El mod más simple aumenta la presión en un hemisferio y la reduce en el otro. Las modificaciones más enérgicas crean un patrón de tablero de ajedrez a partir de áreas pequeñas de baja y alta presión.
Se mueven alrededor del planeta, generalmente de oeste a este o de este a oeste, más rápido que la mayoría de los aviones de pasajeros.
(T. Sakazaki y K. Hamilton, doi: 10.1175 / JAS-D-20-0053.1) - Las zonas de alta presión se muestran en rojo, las zonas de baja presión en azul. Los cuatro gráficos ilustran cuatro modos de onda diferentes.
Aunque Laplace comenzó su razonamiento desde la Luna, de hecho, estas ondas de presión aparecen debido a tormentas, tormentas eléctricas y tormentas de la propia Tierra.
El viento sopla sobre las cadenas montañosas, aumenta la turbulencia y parte de esta energía se gasta en alimentar las vibraciones normales. “Es como un gatito tocando las teclas del piano”, explica Randall. "Al presionarlo accidentalmente, puede saber qué cuerdas tiene este piano".
Entonces, Laplace propuso la idea de la existencia de tales ondas, los matemáticos dieron a los físicos todas las herramientas necesarias para calcular las "cuerdas" de la atmósfera. Pero, ¿alguien ha escuchado estas "notas"?
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Casi al mismo tiempo que Laplace estaba pensando en su modelo, los investigadores y naturalistas, incluido el geógrafo alemán Alexander von Humboldt, notaron que la presión atmosférica aumenta y disminuye cada 12 horas en los trópicos.
Estas gotas coincidieron con las gotas de calor del sol, pero los teóricos no han podido explicar por qué el efecto es tan fuerte.
Los científicos intentaron resolver este misterio durante casi un siglo, hasta que en 1882 el físico británico Thomson William (Lord Kelvin) notó que este calentamiento se combinaba con una de las "vibraciones libres" de Laplace.
Retrato de William Thomson, Baron Kelvin, Bibliotecas Smithsonian - Lord Kelvin
Lord Kelvin sugirió que fue el Sol el que dio impulso a las ondas, porque su frecuencia coincidía con la frecuencia de una de las oscilaciones de Laplace. Su suposición resultó ser incorrecta: en la década de 1960, los científicos determinaron que la influencia del sol amplificaba otro fenómeno más complejo, pero la idea de Lord Kelvin empujó a los científicos a un análisis más completo del componente matemático de la teoría de Laplace.
Como resultado, descubrieron qué frecuencia deberían tener estas vibraciones normales.
Un hallazgo inesperado
Las "notas" más bajas que coinciden con las predicciones fueron encontradas por científicos solo en la década de 1980. Aparecieron por primera vez en el trabajo del meteorólogo japonés Taroh Matsuno ( DOI: 10.2151 / jmsj1965.58.4_281 ), y un poco más tarde en el trabajo de Kevin Hamilton y Rolando García ( DOI: 10.1029 / JD091iD11p11867 ).
El trabajo de Hamilton y García nació de un hallazgo fortuito: el conjunto de datos perfecto de una estación meteorológica en la Indonesia colonial, que registró la presión atmosférica cada hora durante 79 años, perdiendo solo un par de valores.
El diario de medición resultó ser no solo extenso, sino también increíblemente preciso: los investigadores midieron la longitud de la columna de mercurio a través de un microscopio con una precisión de dos centésimas de milímetro.
Al comparar estas mediciones con otros conjuntos de datos, Hamilton y García pudieron detectar rastros de uno de los modos normales más largos.
Nueva base de datos
Sin embargo, las ondas más cortas no cedieron hasta el año pasado, cuando el Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo publicó la base de datos ERA5. La base de datos contiene datos de miles de estaciones terrestres, globos meteorológicos y satélites. Los "vacíos" se llenaron con potentes modelos informáticos.
Como resultado, esta base de datos refleja información que podría ser recopilada por una red global de estaciones meteorológicas ubicadas cada 10 kilómetros que tomarían lecturas cada hora desde 1979 hasta 2016.
Lanzamiento del globo meteorológico. - ABC Rural: Caddy Brain
cuando Takatoshi Sakazaki), profesor asistente de la Universidad Japonesa de Kioto, se comprometió a estudiar la base, no miraba en ella en absoluto ondas de Laplace, sino descensos de temperatura. Las caídas de presión eran solo ruido para él, que necesitaba ser eliminado.
Pero pronto se dio cuenta de que podrían ser las mismas fluctuaciones normales. Cuando Sakazaki comparó los datos con las predicciones teóricas, coincidieron casi a la perfección.
Sin estar muy seguro de la importancia del hallazgo, canceló su suscripción a Hamilton, quien entonces era su asesor científico.
Antes de publicar su trabajo en la década de 1980, Hamilton pasó varias décadas escaneando datos de estaciones meteorológicas en busca de las “notas” atmosféricas más bajas. Y luego cayó una carta en su buzón con evidencia de la existencia de una "sinfonía" completa.
Sakazaki y Hamilton han trabajado juntos para analizar la estructura tridimensional de estas ondas y publicaron los resultados de su investigación en la edición de julio de la Revista de Ciencias Atmosféricas. ( DOI: 10.1175 / JAS-D-20-0053.1 )
El trabajo describe el comportamiento de docenas de ondas con la mayor precisión posible, además de las encontradas en la década de 1980. Resultó que algunos de los más enérgicos cambiaron su presión de alta a baja 12 veces en una sola pasada sobre el planeta.
Todos los resultados estuvieron de acuerdo con las predicciones derivadas de las ecuaciones de Laplace.
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