Dos años después de que un equipo de CIRES y CU Boulder descubriera una clase de olas previamente desconocidas que ondulaban continuamente a través de la atmósfera antártica superior, han descubierto pistas tentadoras sobre el origen de las olas. El trabajo del equipo científico interdisciplinario para comprender la formación de "ondas de gravedad persistentes" promete ayudar a los investigadores a comprender mejor las conexiones entre las capas de la atmósfera terrestre, lo que ayuda a formar una comprensión más completa de la circulación del aire en todo el mundo.

"De los estudios está surgiendo un panorama general de las ondas de gravedad antárticas desde la superficie hasta la termosfera, que pueden ayudar a promover los modelos atmosféricos globales, "dijo Xinzhao Chu, miembro del CIRES y profesor de Ciencias de la Ingeniería Aeroespacial de CU Boulder, autor principal del nuevo estudio publicado hoy en el Revista de investigación geofísica:atmósferas .

"La nueva comprensión es el resultado de una serie de publicaciones en revistas, basado en varios años de observaciones lidar, muchos hechos por estudiantes de invierno, de Arrival Heights cerca de la estación McMurdo en la Antártida ".

En el documento de 2016, Chu y sus colegas descubrieron ondas de gravedad persistentes:enormes ondas que recorren la atmósfera superior en períodos de 3 a 10 horas. Y ahora, combinando observaciones, teoría, y modelos, proponen dos posibles orígenes de esas olas:son de olas de niveles inferiores que rompen y vuelven a excitar 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 menor altitud. 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 el más bajo, Las ondas estratosféricas son mucho más pequeñas:solo 250 millas (400 km), "dijo Jian Zhao, un doctorado candidato en CU Aerospace, trabajando en el grupo de Chu, que se quedó el invierno de 2015 en McMurdo para observaciones lidar.

Zhao y sus colegas describieron previamente las ondas estratosféricas en un estudio anterior, y 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 cómo las olas influyen en cosas como la circulación global del aire y el cambio climático.

El equipo sospecha que cuando estos bajan, se rompen ondas gravitacionales estratosféricas de menor escala, desencadenan la formación de enormes ondas 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 apuntan a este proceso se describió en un artículo publicado este año, dirigido por Sharon Vadas, un investigador de Northwest Research Associates, y colegas.

"Es similar a las olas del océano rompiendo en una playa, "dijo Vadas." Cuando el viento fluye cuesta abajo desde las montañas cerca de McMurdo, las excitadas olas de la montaña viajan hacia arriba en la atmósfera, creciendo más y más hasta que se rompen en enormes escamas, 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 secundaria y una global, modelo de alta resolución creado por Erich Becker en el Instituto de Física Leibniz en Alemania. El modelo de Becker une 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, pero en latitudes medias a altas en ambos hemisferios.

Otra posible fuente de ondas persistentes es el vórtice polar, un patrón persistente de viento y clima que gira alrededor del Polo Sur durante el invierno. Chu y sus colegas informaron en el último periódico.

"Los vientos de vórtice rápidos podrían modificar las olas a medida que se mueven hacia arriba, o los vientos podrían generar olas ellos mismos, "dijo Lynn Harvey, un coautor del estudio, e investigador del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) en CU Boulder. "Con más observaciones, deberíamos poder determinar qué escenario es el verdadero ".

Chu y sus colegas de investigación a veces se encuentran sentados en escritorios ejecutando modelos y cálculos de computadora, y a veces están agrupados de la cabeza a los pies, caminando a través de fuertes vientos y temperaturas gélidas muy por debajo de cero grados F en la Antártida para ejecutar sistemas lidar de vanguardia instalados allí.

El Programa Antártico de los Estados Unidos, gestionado por la National Science Foundation, y el programa Antarctica New Zealand 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 sondear las regiones de la atmósfera más difíciles de observar. Estudiar las ondas atmosféricas cerca del Polo Sur es fundamental para mejorar los modelos climáticos y meteorológicos, y formando una mejor imagen del comportamiento atmosférico global.

"Todavía tenemos muchas preguntas sin respuesta, ", dijo Chu." Pero en unos cinco años, utilizando una combinación de observaciones y modelado de alta resolución, esperamos resolver estos misterios ".

Dos de sus estudiantes, Ian P. Geraghty y Ph.D. estudiante Zimu Li — viajará a la Antártida en octubre para continuar la investigación.