Dos años después de que un equipo de CIRES y CU Boulder descubriera una clase de olas previamente desconocida que se ondulaba continuamente a través de la atmósfera antártica superior, descubrieron pistas tentadoras sobre el origen de las olas. El trabajo del equipo científico interdisciplinario para comprender la formación de "persistenteslas ondas de gravedad "prometen ayudar a los investigadores a comprender mejor las conexiones entre las capas de la atmósfera de la Tierra, lo que ayuda a formar una comprensión más completa de la circulación del aire en todo el mundo.
"Una gran imagen de las ondas de gravedad antárticas desde la superficie hasta la termosfera está emergiendo de los estudios, lo que puede ayudar a avanzar en los modelos atmosféricos globales", dijo el becario de CIRES y profesor de ciencias aeroespaciales de CU Boulder, Xinzhao Chu, autor principaldel nuevo estudio publicado hoy en el Revista de Investigación Geofísica - Atmósferas .
"La nueva comprensión resulta de una serie de publicaciones en revistas, basadas en varios años de observaciones LIDAR, muchas de ellas hechas por estudiantes durante el invierno, desde Arrival Heights, cerca de la estación McMurdo en la Antártida".
En el artículo de 2016, Chu y sus colegas descubrieron ondas de gravedad persistentes: enormes ondas que barren la atmósfera superior en períodos de 3 a 10 horas. Y ahora, combinando observaciones, teoría y modelos, proponen dos posibles orígenesde esas olas: son de olas de nivel inferior que rompen y re-excitan nuevas olas más altas en el cielo, y / o de vientos de vórtice polar.
Desde 2016, el equipo logró rastrear el origen de las ondas atmosféricas superiores hasta la estratosfera de altitud más baja. Luego, el equipo caracterizó las ondas de gravedad dominantes allí, pero descubrió que tenían propiedades muy diferentes a las ondas persistentes en la atmósfera superior.
"Las ondas de la atmósfera superior son enormes, con una longitud horizontal de alrededor de 1,200 millas 2,000 km, y las ondas estratosféricas más bajas son mucho más pequeñas, solo 250 millas 400 km", dijo Jian Zhao, un Ph.D. Candidato en CU Aerospace, trabajando en el grupo de Chu, que se quedó el invierno 2015 en McMurdo para observaciones lidar.
Zhao y sus colegas describieron previamente las ondas estratosféricas en un estudio anterior, y él es el segundo autor del nuevo estudio que describe cómo varía la energía de las olas a lo largo de las estaciones y los años; documentar ese tipo de variaciones es fundamental para los investigadores que intentan comprender cómolas olas influyen en cosas como la circulación del aire global y el cambio climático.
El equipo sospecha que cuando estas ondas de gravedad estratosféricas más pequeñas y de menor escala se rompen, desencadenan la formación de ondas enormes que luego viajan a la atmósfera superior a través de un proceso llamado "generación de ondas secundarias".
La evidencia de los datos LIDAR en la estación McMurdo que apunta a este proceso se describió en un documento publicado este año, dirigido por Sharon Vadas, investigadora de Northwest Research Associates y colegas.
"Es similar a las olas oceánicas que se rompen en una playa", dijo Vadas. "Cuando el viento fluye cuesta abajo desde las montañas cerca de McMurdo, las olas de las montañas excitadas viajan hacia arriba en la atmósfera, creciendo más y más hasta que se rompen en grandes escalas,creando estas ondas de gravedad secundarias "
La comprensión de los orígenes de las ondas se basó en la teoría de Vadas de las ondas de gravedad secundarias y en un modelo global de alta resolución creado por Erich Becker en el Instituto de Física de Leibniz en Alemania. El modelo de Becker combina perfectamente la teoría y las observaciones lidar.sugiere que la formación de ondas secundarias es particularmente persistente durante el invierno, y que ocurre no solo en la estación McMurdo, sino en latitudes medias y altas en ambos hemisferios.
Otra posible fuente de las ondas persistentes es el vórtice polar, un patrón persistente de viento y clima que gira alrededor del Polo Sur durante el invierno, informaron Chu y sus colegas en el último artículo.
"Los vientos rápidos del vórtice podrían modificar las olas a medida que se mueven hacia arriba, o los vientos podrían generar olas ellos mismos", dijo Lynn Harvey, coautora del estudio e investigadora del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial LASPen CU Boulder. "Con más observaciones, deberíamos poder determinar qué escenario es verdadero".
Chu y sus colegas de investigación a veces se encuentran sentados en escritorios ejecutando modelos de computadora y cálculos, y a veces están agrupados de pies a cabeza, caminando a través de fuertes vientos y temperaturas gélidas muy por debajo de cero grados F en la Antártida para ejecutar lidar de vanguardiasistemas instalados allí.
El Programa Antártico de EE. UU. Administrado por la Fundación Nacional de Ciencias y el programa Antártida Nueva Zelanda han apoyado el trabajo del equipo en la Antártida durante ocho años, comenzando con la instalación de los sistemas lidar personalizados de Chu, lo que le permite a su equipo investigar lo más difícil:observar las regiones de la atmósfera. Estudiar las olas atmosféricas cerca del Polo Sur es fundamental para mejorar el clima y los modelos meteorológicos, y para formar una mejor imagen del comportamiento atmosférico global.
"Todavía tenemos muchas preguntas sin respuesta", dijo Chu. "Pero en aproximadamente cinco años, usando una combinación de observaciones y modelos de alta resolución, esperamos resolver estos misterios".
Dos de sus estudiantes, el recién graduado Ian P. Geraghty y el estudiante de doctorado Zimu Li, viajarán a la Antártida este octubre para continuar la investigación.
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Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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