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Domenica, 18 Settembre 2016 00:00

"Evidenze di effetti di marea gravitazionali sulla Corrente a Getto Polare" articolo in italiano ricerca mondiale validata peer review. In evidenza

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“EVIDENZE DI EFFETTI MAREALI GRAVITAZIONALI SULLA CORRENTE A GETTO POLARE”

Introduzione ricerca scientifica sull’influenza del Tides sul Jet Stream

  1. H. Best Clive & R. Madrigali

Le variazioni di velocità e direzione del Jet Stream Polare influenzano direttamente le condizioni atmosferiche a livello mondiale, e nello specifico abbiamo esaminato gli effetti in tutta Europa e Nord America.Le variazioni del  Jet Stream  regolano e costruiscono lo sviluppo delle onde di Rossby planetarie (Dickinson, (1978)), influenzate  dalla variazione della forza di Coriolis con la latitudine. In questa ricerca scientifica  mostriamo che l'aumento delle maree atmosferiche indotte dalla variazione della forza gravitazionale (Tides) correlate alla variazione dell’orbita lunare e solare rispetto alla Terra, inducono delle interferenze sul fluido d’aria (Flusso troposferico) con  lo sviluppo di onde di Rossby ed effetti più marcati in maniera particolare durante i mesi invernali. Queste interferenze del Tides sul Jet Stream  cambiano la direzione e la velocità  del fluido d’aria, con effetti più o meno marcanti a seconda delle dimensioni delle onde, la loro propagazione e persistenza nel tempo. Questa modifica della variazione della corrente a getto della libera atmosfera viene misurata dalla Oscillazione Artica. la AO altro non è che la misura della variazione della pressione fra le latitudini artiche e le medio-alte latitudini, indotte dalla modifica di velocità e direzione del Jet Stream Polare, che nella sua limitazione in latitudine, delimita l’estensione del Vortice Polare.  Anche se le forze di marea orizzontali sono molto piccoli (107 più piccole della  gravità), esse agiscono su vaste aree interferendo e trascinando il flusso del Jet Stream  verso sud in impulsi regolari durante la rotazione della terra. La forza di Coriolis e la forza mareale interferiscono sul Jet Stream, provocando cambiamenti importanti atmosferici. In più va evidenziato  che le variazioni periodiche del Jet Stream erano già riportate in pubblicazioni scientifiche, citando di variazioni del fluido d’aria a cadenza mensile, con step settimanali. Questa cadenza risulta essere in correlazione evidente con il ciclo  lunare, poiché il periodo

sinodico di 28gg si combina con le variazioni mensili del Jet Stream.  I dati provenienti da otto ultimi inverni sono stati studiati osservando le variazioni della Artic Oscillation e si è rilevato che  l'AO è anti-correlato alla componente orizzontale "trazionale" delle maree che agiscono tra la latitudine 45N e 60N. Il ciclo di 28 giorni lunare osservato con  le variazioni del flusso del getto  ha rivelato  un significato numero statistico> 99%. Una ulteriore ricerca statistica  tra tutti i dati giornalieri della AO dal 1950 e la forza di marea di trazione,  mostra statisticamente un significativo valore in anti-correlazione con un ritardo di ~ 5 giorni nella sua propagazione di effetto. Le correlazioni più forti con più grandi escursioni della AO sono state osservate durante l'inverno 2005/6 - un anno con un valore di massimo fermo lunare. La variazione della declinazione lunare con le forze di marea alle alte latitudini è la causa proposta riguardo una correlazione climatica nel ciclo  di 18,6 anni (periodo completo di rotazione del piano lunare nello spazio) con il riscontro di periodi anomali di precipitazioni o siccità. Uno studio dettagliato di Lindzen, 1981 spiega che le variazioni gravitazionali(maree atmosferiche) interagiscono in alta quota per la componente orizzontale “di trazione”responsabile delle correnti di marea negli oceani come venti di marea nell’atmosfera superiore (Corrente a getto-flusso Troposferico). Durante l’inverno il Jet Stream si rafforza e si sposta dal grande nord verso sud. I meandri o onde di Rossby (Dickinson,1978) si propagano dagli oceani verso i continenti e la loro forza è maggiore con minimo solare (periodo invernale). Ci sono due onde di marea ogni mese siderale, che coincidono con la luna nuova e la luna piena. E’ stato riscontrato che l’onda di marea gravitazionale più marcante in inverno coincide con la luna nuova, mentre nel periodo estivo con la luna piena. Due volte l’anno in coincidenza degli equinozi a tutte le latitudini le maree sono approssimativamente uguali. Sovrapposto a questo effetto si combina anche il ciclo di 18,6 anni della precessione lunare che modula la dipendenza in latitudine di questa ampiezza gravitazionale sul Jet Stream. Il Tides varia la componente a getto in velocità, ampiezza, propagamento e direzione, influendo sulle tempeste invernali che si scatenano sul nord Atlantico per lo scontro di aria calda del Golfo e aria polare fredda da terranova. Questo gradiente di temperatura produce instabilità baroclina, generando tempeste atmosferiche che si muovono da ovest verso est in Atlantico. Il Jet Stream è l’artefice di queste tempeste ed è il vero dominatore meteorologico e climatico mondiale.

Abstract:

 Le Variazioni della corrente a getto Polare (Polar Jet Stream) influenzano direttamente il tempo in tutta Europa e Nord America (Francis et alii, 2012).  Le dinamiche del Jet Stream sono regolate dallo sviluppo delle onde planetarie, le  onde di Rossby (Dickinson, 1978) influenzate dalla variazione della forza di Coriolis con la latitudine.  Qui mostriamo che la variazione e l’aumento delle maree atmosferiche può indurre lo sviluppo di onde di Rossby, in particolare durante i mesi invernali.  Questo cambia il flusso e la posizione del Jet Stream, come misurato dalla oscillazione artica (AO) (Higgins, 2002).  Anche se le forze di marea orizzontali sono molto piccoli (107 più piccole della gravità), agiscono su vaste aree trascinando il flusso  del Jet Stream  verso sud in impulsi regolari durante la rotazione della terra.  Questo induce una coppia di forza unita alla forza di Coriolis che cambia e distorce il flusso del Jet Stream.  I dati provenienti da otto ultimi inverni sono stati studiati e sperimentati e indicano che l'AO è anti-correlato alla componente orizzontale "trazionale" delle maree che agiscono tra la latitudine 45N e 60N.  E’ stato osservato una sintonia del ciclo di 28 giorni lunare con le variazione del flusso del getto e la portata ha un significato rapporto statistico> 99%.  Un cross-correlazione tra tutti i dati giornalieri AO dal 1950 e la forza di marea trazionale mostra un piccolo ma statisticamente significativo anti-correlazione con un ritardo di ~ 5 giorni riguardo la propagazione di effetto sul Jet Stream.  La correlazione più forte e le più grandi escursioni della AO sono state osservate durante l'inverno 2005/6 - un anno lunare di massima fermo.  Questa dipende dalla declinazione di forze di marea alle alte latitudini ed è la causa proposta di molti rapporti precedenti di una dipendenza del ciclo di 18,6 anni (movimento completo del piano orbitale lunare) con le variazioni di precipitazioni  e periodi d siccità sui continenti (Currie, 1983; 1984).

 Parole chiave: clima, maree, correnti a getto

 INTRODUZIONE

 Variando le forze di marea queste agiscono sia sugli oceani che sull'atmosfera particolarmente alle alte latitudini.  Uno studio dettagliato (Lindzen, 1981) sulle maree atmosferiche rileva che le forze gravitazionali legate agli eventi  di maree lunari sono più importanti in alta quota.  La componente orizzontale o cosiddetto "trazionale" delle maree è direttamente responsabile delle onde di marea nel mare come  per i venti di marea nell'atmosfera superiore (Jet Stream-flusso Troposferico).  Durante gli inverni il Jet Stream si rafforza e si sposta da nord verso sud costruendo I meandri o onde di Rossby (Dickinson, 1978) che si sviluppano e si muovono sulle regioni continentali e gli oceani.  L’irraggiamento solare minimo in ogni inverno  all'interno del circolo polare artico favorisce la scomparsa della marea diurna  sopra le regioni polari.  Le forze gravitazionali (maree atmosferiche) ora dominano vicino ai poli.  Ci sono due onde di maree massima  'ogni mese siderale, vale a dire  in coincidenza con la luna nuova e  in coincidenza con la luna piena.  Le stagioni modulano la differenza tra le due maree a seconda della latitudine.  Più grande è la latitudine più grande è l'asimmetria durante il solstizio d'estate o d'inverno.  All'equatore entrambe le maree sono sempre uguali, ma per l'emisfero nord la forza gravitazionale mareale è più grande durante l'inverno con la Luna nuova, mentre quella coincidente con la luna piena è più grande durante  L’estate.  Due volte l'anno a primavera e in autunno per gli equinozi  entrambe le maree  sono approssimativamente uguali a tutte le latitudini.  Questo cambiamento di stagione provoca uno spostamento semestrale mensile di ~ 14 giorni nella massima forza trazionale di marea.  Sovrapposto a questo vi è un ciclo di 18,6 anni della precessione lunare che modula l’ampiezza della forza a seconda della latitudine.  La forza di marea nel suo processo di trazione sul JS, varia quindi in grandezza,con la latitudine e il tempo, e quindi non è una singola frequenza armonica.  Le tempeste invernali in formazione sul Nord Atlantico si formano a livello di contatto fra l'aria calda del Golfo che incontra aria polare fredda nei pressi di Terranova.  Questo gradiente di temperatura produce instabilità baroclina generando tempeste che si muovono da ovest attraverso l'Atlantico.  La traccia di queste tempeste segue il Jet Stream e il loro impatto sull'Europa e dipende sia dalla loro forza e la relativa posizione del Jet Stream (Francis, 2012).  Studi precedenti (Currie, 1983; Agosta, 2014; Currie, 1934; Clegg, 1984) hanno dimostrato un ciclo di 18,6 anni delle precipitazioni in vaste zone continentali che implicano una dipendenza della formazione delle tempeste con la precessione lunare.  Altri hanno ragionato riguardo sull’influsso della marea gravitazionale sul clima su scale temporali decennali (Ray, 2007).  Cambiamenti nella declinazione lunare attraverso il ciclo di 18,6 anni influiscono sul valore di forza del cambiamento delle onde di marea gravitazionali con la latitudine.  Il freddo inverno del 2010 è il risultato di una corrente a getto posizionata sul il Regno Unito con ingresso di aria fredda verso sud da Nord nord Est.  Un valore negativo della North Atlantic Oscillation (NAO) è correlata ad una AO negativo (Thompson, 1998) e corrisponde a una differenza di pressione tra un valore più alto in Islanda  e uno più basso alle  Azzorre  con conseguente corrente a getto molto più ondulata con cicli/meandri più grandi.  In questo modo l'aria fredda viene a scendere giù dall’ artico e la Siberia verso le medie latitudini.  Durante l'inverno del 2013/14 un forte Jet Stream si è posizionato direttamente sopra il Regno Unito con una serie di potenti tempeste che hanno causato vaste inondazioni costiere (Met Office, 2014).  E 'stato sorprendente come molte di queste tempeste hanno coinciso anche con alte maree gravitazionali, per esempio quelle del 5 dicembre 2013 e 5 gennaio, 2014.

 RISULTATI

 Madden (2007) ha individuato una armonica distribuzione delle onde di Rossby  planetarie con un periodo cadenzato di 28 giorni durante l'inverno dell'emisfero settentrionale nei dati di rianalisi NCEP / NCAR.  Egli ha anche notato che tutte le onde di Rossby hanno bisogno di "un qualche tipo di disturbo per esistere e propagarsi con dissipazione per irraggiamento e frizione".  Le maree gravitazionali in atmosfera sono responsabili di questo?  È la componente di trazionale mareale in atmosfera che produce correnti oceaniche estese e gradienti di pressione atmosferica nell'atmosfera orizzontale.  Possono quindi anche disturbare il flusso Jet Stream?  Per approfondire questa ricerca sulla interferenza del Tides sul Jet Stream, abbiamo calcolato la dipendenza nel tempo delle forze di marea trazionali che agiscono a diverse latitudini con le effemeridi JPL (Standish, 1990) e quindi confrontandole con  l'oscillazione artica (AO).  Durante gli inverni sull’emisfero Boreale i massimi di forze di marea si verificano ad ogni luna nuova e la loro forza dipende dalle posizioni relative della terra, della luna e del sole.  Anche se queste forze trazionali sono solo circa 10-7 volte la forza di gravità accelerazione g della terra, dominano ancora perché agiscono perpendicolari e quindi influenzate dalla gravità terrestre.  Questi mutevoli forze di marea agiscono su tutta la terra ogni giorno, generando una trazione variabile sul flusso d’aria del Jet Stream di diverse tonnellate per chilometro.  Abbiamo usato i valori giornalieri della oscillazione artica 1950-2015 come calcolato dalla NOAA (Higgins, 2002) per una misura del flusso di Jet Stream.  La Figura 1 mostra la variazione dell'indice della AO rispetto ai valori delle forze di trazione mareale che agiscono a 60N e 45N per gli ultimi 6 inverni.  (Vedi Appendice A per i dettagli).  Questi risultati mostrano un evidente valore della AO allineato con il ciclo lunare, anche se non è sempre costante nel tempo.  Il ciclo di 28 giorni rilevato è ancora tuttavia piuttosto sorprendente.  Un calcolo della correlazione tra AO e la forza di marea a 60N dà un valore di -0.2 tra ottobre 2009 e marzo 2010.

 Per indagare ulteriormente, abbiamo anche guardato il recente massimo di fermo lunare, che si è verificato nel 2005/2006 che ha provocato le maggiori variazioni mensili di forze di marea per le regioni polari.  Se le onde di maree trazionali influenzano il Flusso di flusso Jet ci si aspetterebbe di vedere una correlazione massima tra AO e le forze di marea durante i mesi invernali 2005/2006.  La figura 2a mostra e conferma questo risultato.  Ci sono infatti grandi oscillazioni nel valore della AO, che ancora una volta appaiono anti-correlati con le forze di marea trazionali.  In particolare, la coincidenza con la componente a 45N è sorprendente.  Questo effetto di marea gravitazionale può anche fornire una spiegazione esauriente riguardo le similitudini di variazioni delle precipitazioni e periodi di siccità sui continenti settentrionali che seguono un ciclo di 18,6 anni [3-5], dal momento che il percorso e la forza delle tempeste dipendono dai cambiamenti nel flusso e di direzione della corrente a  getto della libera atmosfera (Jet Stream).  Nel 2006 ci sono state variazioni nette dell'indice AO attraverso valori assoluti di ~ 6 tra consecutivi noviluni.  Figura 2b mostra gli stessi risultati per il recente inverno 2014/15, che comprendeva una eclisse totale di sole per il 20 marzo coincidente con la luna al perielio (super-luna), dove sono state riscontrate  conseguenti maree eccezionali.  Questa forte anti-correlazione per le due successive totali eclissi lunari che si sono verificate durante l'equinozio di marzo è ancora più sorprendente.  Tale allineamento perfetto del sole e della luna alimentano le onde di maree gravitazionali più alte, soprattutto con la luna al perigeo.  Una grande oscillazione negativa nella AO si è verificato in coincidenza con l’eclissi del 2015, con un normale battito anti-correlato in anticipo.  Una situazione molto simile si può osservare per l'eclissi totale, avvenuta il 7 marzo 1970 e che sì è verificato anche  vicino a un punto di fermo lunare (Fig. 2c), in cui l'effetto è ancora più evidente.  Infine Fig.  2d mostra la corrente invernale 2015/16, che palesa ancora lo stessa situazione di modello di AO negativa nei momenti di massima marea gravitazionale.

 ANALISI STATISTICA

Quanto statisticamente sono significative queste osservazioni?  Figura 3 si compone gli ultimi 10 anni di valori della AO rispetto a forze di marea calcolati.  Emerge un disegno evidente di un ciclo lunare di 28 giorni, ma con i cambiamenti irregolari in fase combinati con il rumore stocastico.  Questo modello diventa ancora più evidente quando si confronta il valore differenziale della AO con le onde di maree, che misura il tasso di cambiamento della  forza nella sua propagazione.  La figura 4 mostra il tasso media di 5 giorni di propagamento di cambiamento della AO (da / dt) rispetto alla forza di trazione di marea a 45N (T45) per un periodo di 65 anni.  Il differenziale calcolato su 5 giorni consecutivi evita un rumore eccessivo.  Massimi e minimi di DA / DT tendono a coincidere con massimi e minimi della forza di marea.  Il coefficiente di correlazione Spearman calcolata tra tutti i valori di DA / DT e T (45) restituisce 2,4%, anche se piccola si discosta ancora da zero (correlazione) del 3,7 σ pari ad un significativo valore statistico > 99,7%.  Come ulteriore prova è stata anche effettuata un'analisi di correlazione incrociata tra i valori giornalieri AO, dal 1950 al 2015, e l'accelerazione di marea trazionale a latitudini sia per 45N e 60N ogni giorno.  Questa procedura calcola il coefficiente di correlazione tra i due segnali in funzione del tempo di latenza 'n' tra loro spostando sistematicamente una delle serie da n-giorni.  Entrambe le serie di tempo copre oltre 23.800 valori giornalieri.  Figura 5 palesa questa correlazione incrociata in funzione del tempo di latenza della onda di marea.  C'è ancora una piccola, ma ancora statisticamente significativa, anti-correlazione della AO con un picco di un ritardo di ~ 5 giorni con le maree.  L'effetto è più forte per la componente a 45N.  Confrontando cicli lunari con AO tra dicembre e la fine di marzo dalle figure 1 e 2, si può effettuare un ulteriore stima della significatività statistica in inverno.  Se non vi è alcun effetto, allora si può supporre che ogni massima marea coincida sia con un abbassamento o un aumento del valore di AO.  Poi ci si aspetterebbe una distribuzione delle diminuzioni come la probabilità d lanciare una moneta. In realtà  46 su 56 cicli lunari nelle figure 1 e 2 mostrano un calo visibile nel valore della AO, coincidente con la trazione massima mareale, come indicato con evidenza dalle frecce.  La probabilità che questo si verifichi per caso è nulla.  La Massima trazione di marea sposta principalmente l'AO verso valori negativi, per poi rialzarli  durante i minimi di marea.  I tre punti significativi  per la validità rilevante statistica di questi risultati sono i seguenti.  • Coefficiente di correlazione del tasso massimo di variazione di AO con maree massime oltre i 65 anni di 0.024, con significatività statistica di 3,7 σ sopra lo zero.  • Un cross-correlazione dei valori giornalieri di maree trazionali con AO oltre 65 anni mostra un anti-correlazione -0.02, con un ritardo medio di tempo di 5 giorni.  • Una coincidenza di calo dei valori di AO con un massimo di maree trazionali per 10 recenti inverni.  La probabilità che questo sia un evento casuale è ~ 0.5x10-6.

 Questi risultati dimostrano che è estremamente probabile che ci sia un'influenza di gravitazionale mareale sul flusso del Polar Jet.  L'effetto più forte si verifica, in media, 5 giorni dopo un grande onda di marea gravitazionale durante l'inverno.  I valori assoluti della anti-correlazione sono piccole ma l'osservazione di un tale segnale continuo oltre 28.300 valori giornalieri è ancora statisticamente convincente.

 DISCUSSIONE L'evoluzione della corrente a getto e la generazione delle onde di Rossby è un processo estremamente complicato. L’andamento del clima invernale nell'emisfero settentrionale è dominata dalla direzione della forza e variazioni del flusso del Jet Stream.  L'intensità del flusso varia da un anno all'altro.  L'oscillazione artica è solo una misura scalare di questa evoluzione.  Nonostante questo, abbiamo dimostrato che non vi è una  evidenza statistica di un piccolo effetto di marea siderale sul AO, in particolare durante i mesi invernali.  Forti correnti atmosferiche generate dalla forza gravitazionale aumentano la resistenza e l’interferenza verso sud sul Jet Stream, generando con la forza di Coriolis, onde di maree che spaziano da ovest-est  intorno alla terra in rotazione, e svolgono un ruolo determinante nello scatenare tempeste atmosferiche.  E 'evidente come nel Regno Unito, molti  dannose tempeste invernali del 2013/1411 hanno coinciso anche con alte onde di maree gravitazionali.  L'effetto complessivo dipende sia con  i massimi ed il tasso di variazione della componente marea trazionale.  Questi variano sia all'interno del ciclo lunare precessione 18,6 anni.  Le variazioni delle maree oceaniche può anche indirettamente influenzare la pressione superficiale e quindi la AO.  Tuttavia, questa possibilità rimane isolata rispetto alla evidente forza in fase con un effetto diretto maree atmosferiche sul jet stream.

CONCLUSIONE

 Il lavoro qui riportato fornisce una forte evidenza riguardo l'aumento delle forze di marea trazionali indotte dal campo gravitazionale Lunare/Solare che può influire e cambiare sia la direzione che la velocità del Jet Stream, soprattutto con più vigore durante i mesi invernali, con un ritardo di propagazione di effetto di circa 5 giorni.  Si propone pertanto che la precisione delle previsioni meteorologiche a medio raggio potrebbero essere ulteriormente migliorate significativamente, includendo i valori gravitazionali del Tides come agenti  forzanti nel calcolo probabilistico delle variazioni del JS nei modelli di calcolo sulla circolazione atmosferica globale.

Documento inviato a gennaio 2016- accettato peer review aprile 2016

Documento ufficiale presente sulla Rivista  internazionale processo peer review IJEGE della Università la Sapienza di Roma SCARICABILE QUI in PDF con le grafiche e tabelle allegate

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