Частота собственных и вынужденных колебаний атмосф

  Частота собственных и вынужденных колебаний атмосферы Земли

  Любое физическое тело в той или иной степени обладает свойствами упругости, а по сему обязательно имеет частоту собственных колебаний. Эти колебания возникают за счет перехода потенциальной энергии тела в кинетическую энергию. Например, к какому-то телу мы приложили статическую деформацию, дальше тело стремится в исходное состояние, но в точке равновесия оно остановиться не может, так как приложенная потенциальная энергия перешла в кинетическую. Эта кинетическая энергия деформирует тело в обратную сторону, и теперь уже кинетическая энергия перетекает в потенциальную энергию. И так цикл за циклом. По ходу процесса часть энергии рассеивается, например, преобразуется в тепловую. По сему, колебания носят затухающий характер и характеризуются коэффициентом затухания.

      Атмосфера Земли рядовое упругое тело, как миллионы других вокруг. Следовательно, атмосфера Земли тоже должна иметь частоту собственных колебаний. Частот собственных колебаний у любого тела может быть несколько, но первостепенными для тела шаровой формы являются колебания S1 . Это когда энергия и масса пульсирует от экватора к полюсам. Для атмосферы Земли это схематично можно изобразить следующим образом:

 

Не трудно видеть даже из схемы, что при собственных колебаниях атмосферы часть воздушных масс перетекает от экватора к полюсам и наоборот от полюсов к экватору. При реальных колебаниях атмосферы на поверхности Земли наблюдается реальный переток воздуха, но так как сопротивление поверхности континентальной и океанической имеют различное значение, сопротивление океанической поверхности на много меньше континентальной, то и потоки перетекания воздуха развиты над океаном и недоразвиты над сушей. В общем и целом можно сказать, наличие тела Земли в центре атмосферного шара вносит свои коррективы в процесс свободных колебаний атмосферы Земли, хотя принципиально ничего не меняет.

     Нужно отметить, при приливе атмосферы к экватору, над экватором, да и во всех низких широтах, преобладают восходящие потоки воздуха, тогда как при приливе к полюсам здесь наблюдаются нисходящие потоки воздуха, а в полярных широтах восходящие.

     Хорошо бы еще оценить степень затухания свободных колебаний атмосферы, так как в колебаниях участвуют очень большие массы воздуха, которые имеют мизерное внутреннее трение, то колебания должны быть очень медленно затухающие. Только вот если учесть, способность воздуха легко завихряться, то картина может резко измениться, дело в том, что атмосферные вихри в дальнейших свободных колебаниях не участвуют, они как бы существуют сами по себе, то есть, при образовании вихрей происходит интенсивный переход энергии в кинетическую, но из колебаний выпадающую. Можно сказать, интенсивные свободные колебания атмосферы рождают мощные циклоны и антициклоны. Чего в данный момент атмосфера рождает больше циклонов или антициклонов сказать трудно, вот только если свободные колебания происходят над океанической поверхностью, то принципиальное значение может иметь температура воды. Если температура воды высокая, то испарения интенсивные, создается восходящий поток над данной акваторией и этот поток закрутит в циклон. Если же температура воды низкая, то родится антициклон.

         И так путем логических рассуждений мы пришли к выводу, что прородителями мощных циклонов и антициклонов в атмосфере служат свободные колебания атмосферы.

      А от чего зависят сами свободные колебания атмосферы? Любые свободные колебания зависят от частоты и фазы вынужденных колебаний. Например, человек раскачивается на доске, имеющей опоры по концам. Если раскачиваться в такт свободных колебаний доски, то можно раскачаться до довольно значительной амплитуды.

   А что для атмосферы служит вынужденными колебаниями?

   Это несомненно приливные колебания, вызванные гравитационными полями Луны и Солнца. Если в атмосфере намечаются приличные приливные колебания, то только нужно смотреть на сколько они по частоте и фазе совпадают с собственными колебаниями атмосферы. Вынужденные колебания могут быть близкими по фазе к свободным, а могут быть близкими по противофазе. В первом случае свободные колебания атмосферы будут усиливаться, а во втором гаситься.

      Итого, мы логическим путем разработали теорию определения интенсивности свободных колебаний атмосферы, а значит и возможность прогнозирования появления в атмосфере мощных циклонов и антициклонов и эта теория очень тривиальная, она  опирается на теорию свободных и вынужденных колебаний вообще, которая в механике стара как мир, и здесь ничего добавить или убавить невозможно, по-другому просто не бывает.

       Осталось самая малость, нужно найти частоту и фазу собственных колебаний атмосферы Земли.  До нас в науке о таких свободных колебаниях нигде и ничего даже не упоминается, почему-то этот вопрос у ученых совершенно выпал с поля зрения. Такое тоже бывает.

      Кое-что нам все же удалось найти, вот цитата [1]:

Подобно тому, как вследствие годового обращения Земли вокруг Солнца возникают трехмесячные сезонам года, так и вследствие месячного обращения Земли вокруг барицентра системы Земля – Луна в режимах погоды выделяются своего рода квазинедельные «сезоны» (или «кванты») погоды, получившие название ЕСП. В отличие от солнечных сезонов лунные ЕСП непостоянны: они варьируют от 4 до 9 сут при средней продолжительности 6,8 сут. Эти вариации обусловлены частотной модуляцией колебаний приливных сил вследствие движения перигея лунной орбиты. Графики приливных колебаний скорости вращения Земли ; дают своего рода «расписание» ЕСП, демонстрируя, что длительности ЕСП изменяются неслучайным образом.

    Конец цитаты.

   И так, у Сидоренкова упоминается некий среднестатистический период в 6,8 суток. Здесь речь не идет о свободных колебаниях атмосферы, а скорее о вынужденных. Но если атмосфера Земли откликается на некие вынужденные колебания с периодом 6,8 суток, следовательно, и ее собственные колебания где-то находятся рядом, иначе бы она на вынужденные колебания реагировала бы слабо.

    А вот что называется, там где не ждали:

   Сейчас на Земле свирепствует пандемия ковида, мировое сообщество скрупулезно ведет статистику в том числе ежедневных заболеваний по всему миру. Логичнее всего следовало бы ожидать плавную кривую таких заболеваний, но совсем неожиданно данная кривая проявила очень мощную и устойчивую недельную цикличность. Значит работает некий очень мощный цикличный фактор. Если попытаться отнести этот фактор к числу человеческих, то логическое объяснение очень трудно придумать, нет такого недельного человеческого фактора. Объяснить недельным циклом рабочих и выходных дней не получается, был бы другой характер зависимости с уменьшением заболеваний в выходные дни, но здесь что-то другое. И у нас не остается выбора, как объявить неизвестный фактор природным. Но как объяснить действие какого-то природного фактора? Задача не из легких, но мы попробуем:

   В верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения Солнца образуется озон, который эффективно убивает вирусы, бактерии, микробы. Получается так, если над какой-то местностью существует восходящий поток воздуха, то озон с верхних слоев атмосферы к земле не опускается, создается приземная концентрация озона благоприятная для размножения вирусов, суточная заболеваемость ковидом растет. Если же создаются нисходящие воздушные потоки в атмосфере, то приземная концентрация озона растет, воздух дезинфицируется, заболеваемость падает.

   А теперь вспомним, как работают свободные колебания атмосферы, когда над экватором прилив растет, приземный воздух поднимается в атмосферу, концентрация озона падает. Когда прилив создается над полюсом, происходит все тоже самое, но только у Полярного круга. В южных широтах плотность проживающего населения большая и заболеваемость ковидом пульсация атмосферы сильно сказывается, тогда как за Полярным кругом народ практически не живет и на заболеваемости это не отражается. Между прочим, в России, которая расположена большей частью в средних широтах, заболеваемость ковидом тоже имеет недельный цикл, но менее ярко выраженный, чем мировой и со сдвинутой фазой. В средних широтах есть отличительная особенность циркуляции атмосферы от более южных стран. Эту особенность мы и наблюдаем на графике заболеваемости. Следовательно, отмеченные особенности подчеркивают, что наша гипотеза на верном пути и имеет право на существование. Конечно, в реальной атмосфере такого идеального, как мы описали, порядка нет, там больше хаоса, но статистические закономерности это не отменяет. Вот какое распределение озона в атмосфере над Европой 21 апреля дает Винду.ком:
 
 
 

На обоих снимках достаточно четко видны озоновые волны. При чем, фазы волн с недельным циклом практически совпали. Это серьезное подтверждение всех наших рассуждений.

    Получается, что по этим данным частота собственных колебаний атмосферы – 7 суток. Вот эта недельная зависимость заболеваемости на мировом графике:
 

От коронавируса вернемся к погоде и посмотрим как складываются отношения этой весной между вынужденными приливными колебаниями атмосферы и собственными.  В марте месяце полнолуние произошло над экватором, экватор всегда усиливает гравитационный прилив за счет того, что два приливных горба на экваторе ходят  след в след. В этом месяце частота вынужденных лунных колебаний по отношению к частоте собственных колебаний атмосферы была сдвинута на несколько дней, что не способствовало рождению мощных циклонов и антициклонов, поэтому март и апрель явились достаточно спокойными месяцами, хотя сила ветров была чуть-чуть повышенная. На Северо-западе России господствовала достаточно сухая антициклоническая погода, хотя и не без вторжений циклонов. 27 апреля полнолуние совпадает с перигеем, что грозит достаточно мощным лунным приливом. Предположительно экваториальный прилив собственных колебаний атмосферы Земли должен произойти где-то в районе 29 апреля, несовпадение вынужденного и собственного прилива всего пара дней, это уже больше походит на совпадение, чем не на совпадение. По сему в мае ожидается достаточно мощное развитие антициклона над Скандинавией, что принесет минимум Северо-западу сухую преимущественно солнечную погоду. В мае полнолуние, а именно 26 мая, должно достаточно точно совпасть с собственным экваториальным приливом атмосферы, а это уже серьезное явление – совпадение собственных и вынужденных колебаний. С учетом других влиятельных побочных факторов это с большой вероятностью приведет к развитию над ЕТР мощного антициклона. В июне 2021 года есть реальная вероятность того, что жара июля-августа 2010 года повторится с новой силой.

    В этом плане очень любопытно взглянуть на цифры:

Отрезок в 11 лет это 365,2422 х 11 = 4017,6642 суток.

В этот отрезок вкладывается 4017,6642 : 29,530588 = 136,05 циклов (практически целое количество)

  И это далеко не все, 4017,6642 : 27,32168 = 147,05 циклов (тоже практически целое число)

А теперь еще 4017,6642 : 27,55455 = 145,808 (тоже неплохое совпадение)

0сталось 4017,6642 : 7 = 573,9520 (все тоже целое число)

   Так что жаркий июнь на ЕТР нам почти гарантирован. Это может стать окончательным подтверждением теории влияния вынужденных колебаний атмосферы на силу собственных колебаний, хотя по большому счету теория таких влияний в проверке не нуждается. Развитие самой науки механики эту теорию проверило и перепроверило миллион раз, без расчета собственных колебаний хоть моста, хоть ракеты, хоть самолета сегодня в механике  нигде не обходится. И все это работает и летает, благодаря учету собственных колебаний.

     Пришла очередь частоту собственных колебаний ввести и для атмосферы Земли. Это будет семимильным шагом в развитии долгосрочного прогноза погоды и климата и других сопутствующих явлений.

                21.04.2021г.               


   Работа полностью с картинками опубликована на сайте Владимира Ерашова