Dois anos depois que uma equipe do CIRES e CU Boulder descobriu uma classe até então desconhecida de ondas ondulando continuamente pela atmosfera da Antártica superior, eles descobriram pistas tentadoras sobre as origens das ondas. O trabalho da equipe científica interdisciplinar para entender a formação de "ondas gravitacionais persistentes" promete ajudar os pesquisadores a entender melhor as conexões entre as camadas da atmosfera terrestre - ajudando a formar uma compreensão mais completa da circulação do ar ao redor do mundo.

"Uma grande imagem das ondas gravitacionais da Antártica desde a superfície até a termosfera está emergindo dos estudos, o que pode ajudar a desenvolver modelos atmosféricos globais, "disse o CIRES Fellow e Professor CU Boulder de Ciências de Engenharia Aeroespacial Xinzhao Chu, autor principal do novo estudo publicado hoje no Journal of Geophysical Research - Atmospheres .

"O novo entendimento resulta de uma série de publicações em periódicos, com base em vários anos de observações lidar, muitos feitos por estudantes de inverno, de Arrival Heights perto da estação McMurdo, na Antártica. "

No jornal de 2016, Chu e seus colegas descobriram ondas gravitacionais persistentes:enormes ondulações que varrem a alta atmosfera em períodos de 3 a 10 horas. E agora, combinando observações, teoria, e modelos, eles propõem duas origens possíveis dessas ondas:elas são de ondas de nível inferior quebrando e novas ondas de re-excitação mais altas no céu, e / ou de ventos de vórtice polares.

Desde 2016, a equipe conseguiu rastrear a origem das ondas atmosféricas superiores até a estratosfera de baixa altitude. A equipe, então, caracterizou as ondas de gravidade dominantes lá, mas descobriram que tinham propriedades muito diferentes das ondas persistentes na atmosfera superior.

"As ondas da atmosfera superior são enormes, com um comprimento horizontal de cerca de 1, 200 milhas (2, 000 km), e o mais baixo, ondas estratosféricas são muito menores - apenas 250 milhas (400 km), "disse Jian Zhao, um Ph.D. candidato na CU Aerospace, trabalhando no grupo de Chu, que passou o inverno de 2015 em McMurdo para observações lidar.

Zhao e colegas descreveram anteriormente as ondas estratosféricas em um estudo anterior, e ele é o segundo autor do novo estudo que descreve como a energia das ondas varia ao longo das estações e dos anos - documentar esses tipos de variações é fundamental para os pesquisadores que tentam entender como as ondas influenciam coisas como a circulação global do ar e as mudanças climáticas.

A equipe suspeita que, quando estes baixam, ondas de gravidade estratosférica em escala menor quebram, eles desencadeiam a formação de ondas enormes que viajam para a alta atmosfera por meio de um processo denominado "geração de onda secundária".

A evidência de dados lidar na estação McMurdo apontando para este processo foi descrita em um artigo publicado este ano, liderado por Sharon Vadas, um pesquisador da Northwest Research Associates, e colegas.

"É semelhante às ondas do mar quebrando em uma praia, "disse Vadas." Quando o vento desce a encosta das montanhas perto de McMurdo, as ondas da montanha animadas viajam para cima na atmosfera, crescendo cada vez mais até que se quebram em escalas enormes, criando essas ondas de gravidade secundárias. "

A compreensão das origens das ondas baseou-se na teoria de Vadas das ondas gravitacionais secundárias e globais, modelo de alta resolução criado por Erich Becker no Instituto de Física Leibniz, na Alemanha. O modelo de Becker une perfeitamente a teoria e as observações lidar. Isso sugere que a formação de ondas secundárias é particularmente persistente durante o inverno, e que não ocorre apenas na Estação McMurdo, mas em latitudes médias a altas em ambos os hemisférios.

Outra possível fonte de ondas persistentes é o vórtice polar - um padrão persistente de vento e clima que gira em torno do Pólo Sul durante o inverno, Chu e seus colegas relataram no último artigo.

"Os ventos de vórtice rápidos podem modificar as ondas conforme elas se movem para cima, ou os ventos podem gerar ondas por si próprios, "disse Lynn Harvey, um co-autor do estudo, e pesquisador do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial (LASP) da CU Boulder. "Com mais observações, devemos ser capazes de determinar qual cenário é verdadeiro. "

Chu e seus colegas de pesquisa às vezes se encontram sentados em mesas executando modelos de computador e cálculos, e às vezes eles são agrupados da cabeça aos pés, caminhando por ventos fortes e temperaturas gélidas bem abaixo de zero graus F na Antártica para executar os sistemas LIDAR de ponta instalados lá.

O Programa da Antártica dos EUA, administrado pela National Science Foundation, e o programa da Antarctica New Zealand têm apoiado o trabalho da equipe na Antártica por oito anos, começando com a instalação dos sistemas lidar personalizados de Chu, o que permite que sua equipe investigue as regiões mais difíceis de observar da atmosfera. O estudo das ondas atmosféricas perto do Pólo Sul é fundamental para melhorar o clima e os modelos meteorológicos, e formar uma imagem melhor do comportamento atmosférico global.

"Ainda temos muitas perguntas sem resposta, "disse Chu." Mas em cerca de cinco anos, usando uma combinação de observações e modelagem de alta resolução, esperamos resolver esses mistérios. "

Dois de seus alunos - recém-formado Ian P. Geraghty e Ph.D. estudante Zimu Li — irá viajar para a Antártica em outubro para continuar a pesquisa.