Globos gigantes lanzados a la estratosfera para transmitir el servicio de Internet a la Tierra han ayudado a los científicos a medir pequeñas ondas en nuestra atmósfera superior. descubrir patrones que podrían mejorar los pronósticos meteorológicos y los modelos climáticos.

Las ondas conocidas como ondas de gravedad u ondas de flotabilidad, emergen cuando las gotas de aire son empujadas hacia arriba y luego empujadas hacia abajo por la gravedad. Imagina una parcela de aire que se precipita sobre las montañas, se precipita hacia fríos valles, transbordadores a través de la tierra y el mar y rebota en tormentas crecientes, subiendo y bajando entre capas de atmósfera estable en un gran tira y afloja entre flotabilidad y gravedad. Una sola ola puede viajar miles de millas, llevando impulso y calor a lo largo del camino.

Aunque menos conocidas que las ondas gravitacionales (ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo), las ondas de gravedad atmosféricas son ubicuas y poderosas, dijo el científico atmosférico de la Universidad de Stanford, Aditi Sheshadri, autor principal de un nuevo estudio que detalla los cambios en las ondas de gravedad de alta frecuencia a lo largo de las estaciones y latitudes. Causan algunas de las turbulencias que se sienten en los aviones que vuelan en cielos despejados y tienen una gran influencia en cómo se desarrollan las tormentas a nivel del suelo.

Globos de alto vuelo

Publicado el 30 de agosto en el Journal of Geophysical Research:Atmósferas , la nueva investigación se basa en datos de globos de superpresión de la empresa Loon LLC, que diseñó los globos para brindar acceso a Internet en áreas desatendidas por torres de telefonía celular o cables de fibra óptica. Se separó de la empresa matriz de Google Alphabet en 2018, Loon ha enviado miles de globos cargados de sensores a navegar 12 millas hacia arriba en la estratosfera, muy por encima de la altitud de los aviones comerciales y la mayoría de las nubes, durante 100 días o más seguidos.

"Esto fue algo muy afortunado porque no estaban recopilando datos para ninguna misión científica. Pero, de paso, estaban midiendo la posición, la temperatura y la presión, "dijo Sheshadri, quien es profesor asistente de ciencia del sistema terrestre en la Escuela de la Tierra de Stanford, Energía y Ciencias Ambientales (Stanford Earth).

Los investigadores calcularon los movimientos de las ondas de gravedad a partir de los datos que los globos recopilaron en 6, 811 períodos separados de 48 horas de 2014 a 2018. "Montar una campaña científica equivalente sería terriblemente costoso. Con los datos de Loon, el análisis es más complicado porque la recopilación de datos fue incidental, pero tiene una cobertura casi global, "Dijo Sheshadri.

Pequeñas olas impacto planetario

Las ondas de gravedad son una parte importante de la dinámica atmosférica. "Ayudan a impulsar la circulación general de la atmósfera, pero algunas ondas de gravedad son demasiado pequeñas y demasiado frecuentes para ser observadas con satélites, "dijo el autor principal del estudio, Erik Lindgren, quien trabajó en la investigación como becario postdoctoral en el laboratorio de Sheshadri. "Estas son las ondas de gravedad en las que nos hemos centrado en este estudio". Los estudios anteriores que utilizaron globos atmosféricos para rastrear ondas de gravedad de alta frecuencia generalmente han incorporado datos de no más de unas pocas docenas de vuelos en globo. cubriendo áreas más pequeñas y menos temporadas.

Los datos de Loon resultaron particularmente valiosos para calcular ondas de gravedad de alta frecuencia, que puede subir y bajar cientos de veces en un día, en distancias que van desde unos pocos cientos de pies hasta cientos de millas. "Son pequeños y cambian en escalas de tiempo de minutos. Pero en un sentido integrado, ellos afectan, por ejemplo, el presupuesto de impulso de la corriente en chorro, que es esta cosa de escala planetaria masiva que interactúa con las tormentas y juega un papel importante en el establecimiento de su curso, "Dijo Sheshadri.

Las ondas de gravedad también influyen en el vórtice polar, un remolino de aire gélido que generalmente se cierne sobre el Polo Norte y puede provocar un frío extremo en partes de Europa y Estados Unidos durante meses. E interactúan con la oscilación cuasi-bienal, en el cual, aproximadamente cada 14 meses, el cinturón de vientos que soplan alto sobre el ecuador cambia de dirección, con grandes impactos en el agotamiento del ozono y el clima de la superficie mucho más allá de los trópicos.

Como resultado, comprender las ondas de gravedad es clave para mejorar los pronósticos meteorológicos a escala regional, especialmente a medida que el calentamiento global continúa alterando los patrones históricos. "Obtener las ondas gravitatorias correctamente ayudaría a restringir las respuestas de la circulación al cambio climático, como cuánto va a llover en un lugar en particular, el número de tormentas:elementos dinámicos como el viento, la lluvia y la nieve, "Dijo Sheshadri.

Construyendo mejores modelos

Los modelos climáticos actuales estiman los efectos de las ondas gravitacionales de alta frecuencia en la circulación en una especie de caja negra, con pocas restricciones de las observaciones del mundo real o la aplicación del conocimiento existente limitado de los procesos físicos en juego. "Hasta ahora, no ha quedado del todo claro cómo se comportan estas ondas en diferentes regiones o durante las estaciones a frecuencias muy altas o escalas pequeñas, "Dijo Lindgren.

Sheshadri y sus colegas se centraron en la energía asociada con las ondas de gravedad de alta frecuencia en diferentes escalas de tiempo, y cómo esa energía varía según las estaciones y latitudes. Descubrieron que estas ondas son más grandes y acumulan más energía cinética en los trópicos y durante el verano; Las olas más pequeñas que se mueven con menos energía son más comunes cerca de los polos y durante el invierno. También encontraron ondas de gravedad cambiando en sincronía con las fases de la oscilación cuasi-bienal. "Descubrimos cambios distintos en la actividad de las ondas de gravedad en diferentes épocas del año y en diferentes partes del mundo, "Dijo Lindgren." No está claro exactamente por qué ".

En futuras investigaciones, Sheshadri tiene como objetivo identificar qué fuentes de ondas de gravedad son responsables de estas diferencias, y extrapolar las amplitudes de las ondas de gravedad a frecuencias muy altas a partir de observaciones relativamente poco frecuentes. Ella dijo, "Entender cómo las ondas de gravedad impulsan la circulación en la atmósfera, la interacción entre estas ondas y el flujo medio es realmente la próxima frontera en la comprensión de la dinámica atmosférica ".