北京時間7月30日消息，據(jù)國外媒體報道，七年前，一群研究人員在南極上空發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的東西。在地球大氣層中，出現(xiàn)了巨大而神秘的漣漪，這便是所謂的“慣性重力波”（inertia-gravity wave）——由地球重力和科里奧利力共同作用而產(chǎn)生的大氣振蕩。
慣性重力波并不罕見，經(jīng)常出現(xiàn)在地球大氣的不同區(qū)域，但通常會在幾小時內(nèi)消失。不過，南極上空的慣性重力波卻令人驚奇地持久，從數(shù)年前第一次發(fā)現(xiàn)至今，研究人員的每一次觀測都可以發(fā)現(xiàn)這些漣漪。
然而，導(dǎo)致慣性重力波在南極大氣層中間層（高度為50至80千米）持續(xù)出現(xiàn)（每次可長達(dá)10小時）的原因多年以來一直是個謎。現(xiàn)在，當(dāng)年發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象的研究團(tuán)隊提出了兩個可能的解釋，并以兩篇論文的形式發(fā)表在7月25日的《地球物理學(xué)研究：大氣》（Journal of Geophysical Research：Atmospheres）期刊上。
他們表示，一種可能是，這些巨大而持久的波動——在中間層跨越長達(dá)3000千米——實(shí)際上源自其下方大氣層（即距離地球表面8到50千米的平流層）中較小的波動。
根據(jù)這一理論，南極山地向下流動的風(fēng)為這些低層重力波提供了補(bǔ)充。反過來，這些波逐漸成長并向上移動。一旦它們到達(dá)平流層與中間層的交界處，就會像沙灘上的海浪一樣破裂，產(chǎn)生更大的波動。
需要說明的是，重力波與引力波并無聯(lián)系，后者是愛因斯坦相對論預(yù)言的時空漣漪，與大氣層中的空氣運(yùn)動無關(guān)。
研究者稱，另一種可能與極地渦旋有關(guān)。極地渦旋是一種只發(fā)生于地球極地的持續(xù)性大規(guī)模氣旋，在極夜時期最為強(qiáng)大。在南極冬季，這一順時針旋轉(zhuǎn)的低壓區(qū)域占據(jù)了大部分天空。研究第一作者、美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校航空航天工程科學(xué)系和環(huán)境聯(lián)合研究中心教授初鑫釗稱，高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)在向上移動時可能會改變低層重力波，或者自己產(chǎn)生這些波。
他們的研究結(jié)合了建模和激光雷達(dá)觀測。激光雷達(dá)可以確定大氣層不同區(qū)域的溫度和密度，揭示這些重力波引起的擾動。研究人員還計算了重力波所攜帶的能量和動量。
初鑫釗教授指出，重力波會影響全球大氣環(huán)流，進(jìn)而影響大氣層溫度和化學(xué)物質(zhì)的流動。但是，大多數(shù)氣候模型并沒有將這些重力波攜帶的能量合理地考慮在內(nèi)。例如，南極上空平流層和中間層之間大氣邊界的模擬溫度要低于觀測顯示的溫度。這一區(qū)域稱為“平流層頂”（stratopause），對于理解人類活動如何影響臭氧層十分重要。如果沒有準(zhǔn)確的溫度模擬，你就“無法很好地預(yù)測臭氧趨勢”。
“我們認(rèn)為對這些重力波，尤其是次級波產(chǎn)生的理解，可能有助于模型的改進(jìn)，”初鑫釗教授說道。不過，這些都還只是理論，也有其他研究者提出了自己的解釋。2016年發(fā)表于《地球物理學(xué)研究：空間物理》（Journal of Geophysical Research：Space Physics）期刊的一篇論文提出，由海浪造成的南極羅斯冰架振動或許能解釋神秘的大氣漣漪。初鑫釗教授稱，她也無法排除這一可能性。
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