¿Hay mareas en la atmósfera?

De manera análoga a las mareas de los océanos de la Tierra, ¿la Luna y el Sol hacen que nuestra atmósfera se hinche en lo que podría describirse como una marea baja y una marea alta?

@ChrisWhite Las respuestas publicadas a esa pregunta son vagas y carecen por completo de análisis físico. Me gustaría escuchar lo que un verdadero experto tiene que enseñarnos sobre este tema. Además, esa pregunta tiene un título incorrecto o pide más de un elemento. El mío está enfocado y será compatible con los motores de búsqueda.
Muy buena pregunta Alex, la mejor de las suertes, ¿un eclipse solar mejora el efecto?
Esta no es una pregunta duplicada. El supuesto duplicado pregunta por la Luna; esta pregunta se refiere a la Luna y el Sol. El Sol domina a la Luna en más de un orden de magnitud en términos de contribución a las mareas atmosféricas.

Respuestas (3)

La fuerza diferencial de la gravedad en la atmósfera funciona igual que en el resto de la tierra (los océanos, etc.). Sin embargo, mover la superficie equipotencial unos pocos metros será casi imperceptible en la atmósfera, ya que la densidad de la atmósfera disminuye gradualmente, a lo largo de muchos kilómetros. Contraste esto con la superficie del océano, que es crujiente.

Entonces, si bien podría ser teóricamente posible buscar pequeños cambios en la altura de una isobara de, digamos, 10 4 PAGS a , no creo que sea posible medir tal cambio en la práctica.

Vea, por ejemplo, este gráfico del servicio meteorológico australiano que muestra los cambios de presión durante cuatro días. Las unidades de la izquierda son h PAGS a  – espera que las variaciones de las mareas sean mucho menores. Puede tomar un tiempo (muchos ciclos) seleccionar las variaciones lunares, aunque estoy seguro de que se ha hecho.

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Hay una cosa llamada "mareas atmosféricas lunares": consulte Wikipedia que describe las matemáticas detrás de esto. Y lo describe como "débil".

Así que la respuesta corta es "sí".

Para una buena revisión (27 páginas) del tema, consulte este artículo de 1979 de Lindzen

La introducción de ese artículo dice:

1. INTRODUCCIÓN

Las mareas atmosféricas se refieren a aquellas oscilaciones en la atmósfera cuyos períodos son fracciones enteras de un día lunar o solar. El componente de Fourier de 24 horas se conoce como marea diurna, el componente de 12 horas como marea semidiurmal. La variación total de las mareas se denomina variación diaria. Aunque las mareas atmosféricas son, en pequeña medida, forzadas por la gravedad, son forzadas principalmente por las variaciones diarias de la radiación solar.

Entonces, la principal causa de la variación diaria es el calentamiento solar. Hay un componente (mucho) más pequeño debido a la gravedad:

... las mareas atmosféricas son, en pequeña medida, forzadas gravitacionalmente...

No tengo los últimos dispositivos, pero según Randall Munroe , "si su teléfono tiene un barómetro, como muchos teléfonos Android nuevos, puede descargar una aplicación y ver la diferencia de presión entre su cabeza y su pies." Entonces, aparentemente, la sensibilidad de ~ 20 Pa se ha vuelto común.
@ChrisWhite, por supuesto, puede medir un pequeño cambio de presión; la pregunta es cómo distingue las variaciones lunares de todos los demás factores que influyen en la presión; hay mucha agitación en la atmósfera.
Bueno, podría tomar datos durante un par de milenios y extraer una señal periódica al final;) ​​Lo que es interesante es que encontrará muchas personas que abogan por barómetros para encontrar la altitud dentro de ~ 5 m, siempre que estén calibrados ese día. Pero si hice los cálculos correctamente, su gráfico muestra que las lecturas podrían variar ~30+ m cada hora, y la tendencia podría continuar sin disminuir durante todo el día.
@ChrisWhite: si bien es posible medir la diferencia de presión debido a un cambio de altitud de 5 m, es absolutamente necesario conocer la presión de referencia en ese momento (no solo "ese día") si desea alcanzar ese tipo de precisión. Su aeropuerto local puede publicar presiones por hora; consulte, por ejemplo, w1.weather.gov/obhistory/KALB.html . Esta tarde, con el clima "invariable", la presión estaba cayendo a un ritmo pausado de 0,3 mbar/hora. Perdería su precisión de 5 m en un par de horas.
Todavía sospecharía que el movimiento atmosférico causado por el diferencial de gravedad de las lunas sería mucho mayor (en volumen) que el de los océanos. Pero, ¿está claro que tal movimiento necesariamente se mostraría como un cambio de presión? Después de todo, el aire adicional sobre un punto dado de la superficie está parcialmente "soportado" por la atracción gravitatoria de la Luna.
La primera línea de tu respuesta me parece incorrecta. Dado que el agua es un fluido mucho más denso que el aire, la diferencia de altura de la marea del aire no debería ser de unos pocos metros, sino mucho más. Y si la superficie equipotencial en la atmósfera no se mueve lo suficiente, entonces simplemente la marea no es causada por la luna.
@displayName - eso simplemente no es cierto. La superficie de un líquido ligero o pesado seguirá la misma superficie equipotencial, ya que están sujetos a las mismas leyes de la física (gravedad, inercia). La densidad no entra en juego. Por supuesto, el movimiento real de los océanos no sigue realmente la superficie equipotencial debido a los obstáculos (continentes) que limitan el flujo libre. Pero el principio es el mismo y la distorsión del EPS no es muy grande. Y es la distorsión multiplicada por la densidad y la gravedad lo que da las variaciones de presión.
@Floris: No dije en ningún lado que la EPS esté sujeta a leyes diferentes. ¿Puede explicar cómo la distorsión EPS del agua y el aire será comparable en presencia de la misma fuerza gravitacional?
@displayName Una superficie equipotencial debe ser la superficie en la que un fluido llegará al equilibrio si se permite. La forma del EPS es la misma para el agua y el aire, entonces, ¿por qué el aire, aunque menos denso, tiene mareas "más grandes"?
@Floris: Eso es lo que te he preguntado. ¿Estás diciendo que las mareas en el agua y el aire tendrán la misma altura cuando estén sujetas a la misma fuerza?
@displayName - Mismo potencial, no la misma fuerza. Sí.
@Floris: La gravedad de la Luna someterá la atmósfera y el océano de la Tierra a la misma fuerza gravitatoria , ¿verdad? Si dice No, aclare un poco más. Segundo, ¿cómo llegaste a la conclusión de que la marea en el aire y el agua tendrán la misma altura?
No, la fuerza es el campo gravitacional multiplicado por la masa. La masa de la atmósfera es mucho más pequeña, por lo que experimentará una fuerza menor. Esta es la razón por la cual un objeto pesado pesa más que un objeto liviano: ambos son atraídos por la tierra, pero la fuerza es diferente. Lo mismo con la luna y las mareas.
@Floris: ¿La presencia del campo gravitatorio de la Luna es lo suficientemente significativa como para provocar el movimiento de un objeto en la Tierra?
@displayName es suficiente para ser medible. Provoca pequeños cambios en las condiciones de equilibrio. En una escala macro que conduce al movimiento.
@Floris: La mensurabilidad se debe a la capacidad del instrumento de medición. ¿Cuál es el valor del campo de la Luna? ¿Cuál es el valor del campo de la Tierra en la ubicación de ese mismo objeto? ¿Cómo el pequeño cambio en las condiciones de equilibrio da como resultado un movimiento a macroescala? ¿Está probado o es sólo una hipótesis? Si se prueba, entonces el mismo fenómeno también debería estar presente en el agua del río. ¿Hay una diferencia medible en el flujo del agua del río en una luna llena frente a una noche sin luna?
Donde vivo (a más de 100 millas del océano) hay efectos de marea medibles en el río (Hudson), ¿eso cuenta? Hay bastantes preguntas en este sitio sobre las mareas. Le sugiero que las busque para ver si se aclaran las cosas. Un hilo de comentarios largo no es la manera de satisfacer su curiosidad.
@Floris: puede agregar la respuesta a mi comentario directamente a su respuesta. Hará que la respuesta sea más útil para futuros usuarios. Aunque no puedo obligarte. Es tu deseo al final. En segundo lugar, mi pregunta permanece. ¿Es probable que el efecto de las mareas en el río Hudson se deba a la gravedad de la Luna? Esto incluso dice que las mareas en Hudson no se deben a la acción directa de la Luna (y eso también está mal). Por último, no respondió a la pregunta sobre el campo de la Luna frente a la Tierra en un objeto en la superficie de la Tierra.
@Floris: Si no desea discutir más, hágamelo saber. Puedo continuar mientras no lleguemos a la conclusión correcta.
@Floris: No intento involucrarlo en una discusión, pero en las Notas y referencias de la misma página de Wikipedia vinculada por usted en su respuesta, el cuarto enlace abre las noticias cuando se descubrieron las mareas atmosféricas en 1947. Tienen 40 millas de altura.
El enlace sobre el Hudson muestra que hay una excitación de una ola debido a la atracción lunar (cuando la luna y el sol cooperan, es más grande; de ​​ahí la diferencia entre la marea viva y la marea muerta; esto demuestra que la luna está jugando un papel). La forma del río actúa como un amplificador para que puedas medir el efecto (amplificado) bastante lejos.
Aquí hay un enlace reciente que muestra que el cambio de presión debido a la luna es pequeño, pero estudiar los patrones de precipitación durante muchos años da una influencia medible en la precipitación: sciencenews.org/article/atmospheric-tides-alter-rainfall-rate
Y aquí hay un enlace a un excelente artículo que describe más de lo que nunca quiso saber: www-eaps.mit.edu/faculty/lindzen/29_Atmos_Tides.pdf - Todavía lo estoy digiriendo, pero muestra que las largas series de observaciones de presión sí lo hacen. muestran una pequeña variación barométrica que corresponde a la marea lunar. Laplace lo intentó y fracasó ("¡necesito más datos!"), al igual que muchos otros. Pero en estos días está bien establecido. Y la amplitud (de presión) es pequeña (decenas de microbarras; consulte, por ejemplo, la tabla 2L2 en la página 72 en lo anterior)
@Floris: Por favor, etiquétame por mi identificador de usuario para que sepa que has respondido. No he explorado completamente lo que mencionaste sobre el río Hudson. Llegará a usted con respecto a eso. Por ahora, el artículo de noticias científicas al que se vinculó dice: El aire se acumula en el lado de la Tierra que mira hacia la luna y en el extremo opuesto del globo . Si el tirón se debe a la Luna, ¿por qué hay un tirón en el lado opuesto? La luna debe estar tirando aire solo hacia ella, por lo tanto, la acumulación debe ser solo en un lado. ¿No?
@displayName: los "dos bultos" de las mareas son el tema de muchas preguntas en este sitio; probablemente el mejor (que explica que los océanos realmente no tienen estas protuberancias debido a muchos efectos) es physics.stackexchange.com/q/121830/26969
@Floris: En la misma pregunta, vaya a la imagen titulada "La fuerza de las mareas". Muestra la fuerza de marea en dos direcciones señaladas como n y z y ambas direcciones son opuestas entre sí. Sin embargo, si está diciendo que las dos protuberancias o mareas no están presentes, esencialmente está refutando el mismo enlace que me está dando. ¿Te entendí mal?
@displayName Tienes que leer las respuestas detenidamente. La superficie equipotencial tiene dos protuberancias, por razones discutidas en muchas de las respuestas (y la pregunta). El hecho de que el océano no tenga un "bulto" tan evidente es consecuencia de la forma de los océanos y continentes. Esto da como resultado restricciones en el flujo del agua que evita "abultamientos" en la vida real; pero las fuerzas (aparentes) que harían que una Tierra hecha completamente de agua tomara la forma que se muestra, esas fuerzas son reales (en el marco de referencia giratorio).
@Floris: no veo ninguna razón para dos protuberancias/fuerzas en direcciones opuestas y la distorsión resultante del EPS. La fuerza de la gravedad es solo atractiva, y no atractiva por un lado y repulsiva por el otro.
@ displayName hay dos explicaciones comunes. Uno invoca la fuerza centrífuga en el marco de referencia giratorio, que es mayor a medida que te alejas del baricentro; el otro considera la tierra más el agua en caída libre en el campo gravitacional de la luna, siendo más atraído un lado y menos el otro. Ambos conducen a "dos protuberancias" en el EPS. Consulte también esta respuesta para un tratamiento matemático detallado.
@Floris: Si seguimos la primera explicación común de que la fuerza centrífuga de la Tierra en el marco de referencia giratorio es la causa del abultamiento/fuerza, entonces significa que la marea se debe al fenómeno de la Tierra y no a la presencia de la Luna. (continuación)
@Floris: no puedo seguir la segunda explicación común en absoluto. ¿Por qué? Porque el universo no está en caída libre. Más bien, el universo se está expandiendo.
A menos que su baricentro esté descentrado (centro mutuo de masa de la luna y la tierra), no habría explicación. es la luna Créelo. Ya hay MUCHAS preguntas / respuestas sobre el tema en este sitio.
¡Cualquier satélite que orbite alrededor de otro objeto está en efecto en caída libre! Y el "lado lejano" cae menos rápido, porque experimenta menos atracción.
@Floris: Finalmente, si presta mucha atención al tratamiento matemático en la respuesta que ha vinculado, verá que solo usa ecuaciones para describir matemáticamente cómo serían las mareas, si estuvieran siguiendo las suposiciones que están allí en esa respuesta y que De hecho, la luna es la razón de las mareas. No prueba en ninguna parte que esa descripción matemática explique la realidad en la Tierra.
Si una suposición conduce a una predicción que coincide con la observación, generalmente se considera que respalda esa suposición.
@Floris: ¿Dónde dice la respuesta que la predicción ha coincidido con las observaciones?
@displayName ¿Qué tal este ?
@Floris: hay muchos puntos en varios comentarios anteriores y en su respuesta vinculada, que me gustaría explorar más a fondo. Por un lado, yendo a la respuesta que ha vinculado justo arriba, menciona las fuerzas productoras de mareas del sol y la luna . La fuerza de la Luna es 10^-5 según mis cálculos. Otras personas en PSE han dado un orden de magnitud aún más bajo. ¿Puedo saber cómo estas pequeñas fuerzas generan una marea?
Una pequeña fuerza (diferencial) que actúe durante mucho tiempo moverá grandes masas de agua, etc., ya que el agua intentará distribuirse según la superficie equipotencial. Una fuerza igual a 10 − 5 de la fuerza de gravedad dará una aceleración de 0.0001 m/s^2. Continúe así durante 3 horas (~10 000 segundos) y podría tener una velocidad de 1 m/s y un desplazamiento de cientos de metros. Pero, por supuesto, una vez que haya una pequeña pendiente en la superficie del agua, habrá una fuerza restauradora. Esta es la razón por la que (en aguas abiertas) las mareas no parecen tener mucha "pendiente". Pero las mareas existen.
@Floris: la fuerza que calculé no fue 10 ^ -5 de g . Era en sí mismo 10 ^ -5. Esta fuerza estaba en la dirección del centro de la Luna. Su componente horizontal fue en sí mismo multiplicado por Cos (~89 grados). También esta fuerza es cíclica. Entonces, antes de aplicarlo en una dirección durante algunas horas, se ha aplicado en la dirección opuesta durante la misma cantidad de horas. Las fuerzas están provocando apenas unos metros de desplazamiento de agua. ¿Es una explicación aceptable para las grandes mareas?
Una fuerza tiene unidades (N) y se aplica a una determinada masa. ¿Qué aceleración calculaste? Tenga en cuenta también que las mareas "enormes" suelen ser una interacción entre el agua y el fondo del mar (como una ola rompiendo en la orilla). Por ejemplo, en la Bahía de Fundy, la forma de la línea de costa y el aumento del fondo del mar actúan como un amplificador del movimiento de las mareas, lo que da como resultado un fenómeno espectacular (búsquelo).
@Floris, las mareas en el Hudson no pueden ser causadas por la luna, ya que no puede producir mareas ni siquiera en el Mediterráneo. El tirón diferencial es de media micra: .5 *10 ^-7 gramo (= 9.8) entonces, gramo debajo de la luna es 9.799 999 95 m/s^2. ¿Cómo puede una diferencia de medio micrón aumentar la marea en el Hudson o 1 metro en el océano?
@ user104372 Le sugiero que convierta todas sus dudas en una pregunta bien formulada: esta discusión no es productiva. Un factor importante en todo esto es la resonancia de las mareas: la interacción entre una pequeña excitación y el contenedor en el que se puede acumular una onda a lo largo de muchos ciclos. Ver en.m.wikipedia.org/wiki/Tidal_resonance y estudiar Bahía de Fundy.

De manera análoga a las mareas de los océanos de la Tierra, ¿la Luna y el Sol hacen que nuestra atmósfera se hinche en lo que podría describirse como una marea baja y una marea alta?

La respuesta es sí, si generalizas más allá de la gravitación. La luz del sol calienta la atmósfera y esto provoca las mareas atmosféricas. Los dos efectos dominantes son la absorción de la luz solar visible e infrarroja cercana por el vapor de agua en la troposfera y la absorción de la luz ultravioleta por el ozono en la estratosfera.

El artículo de Lindzen citado en la respuesta de Floris dice exactamente eso. Las mareas atmosféricas son causadas principalmente por el calentamiento solar más que por la gravitación. Sin embargo, siguen siendo "mareas".

Absolutamente correcto que existe una variación debido al calentamiento solar; no estoy seguro de que sea una "marea" en el sentido en que pretendía el OP. El artículo que vinculé menciona que existen mareas gravitacionales (con un período de aproximadamente 12 horas), pero son MUCHO más débiles que la variación (diurna - ciclo de 24 horas) debido al calentamiento solar. Saqué la cita relevante y la agregué a mi respuesta.
@Floris Pensarías que, al ser forzadas por el calentamiento solar, las mareas atmosféricas serían diurnas. Pero son semidurales. La señal de calentamiento solar es básicamente una sinusoide truncada, siendo cero durante toda la noche y, por lo tanto, tiene una gran componente semidiurna. Y en términos del efecto sobre la presión atmosférica, especialmente en los trópicos, domina esta componente semidiurna.
@ Ben51, ¿se refiere al hecho de que, desde la perspectiva de la transformada de Fourier, una sinusoide tiene un segundo armónico?
@Floris ¡Sí! (Bueno, no una sinusoide completa, por supuesto, sino una sinusoide truncada, con todos los lóbulos negativos cortados). Hay bastante energía en el armónico de 12 horas, y a eso responde la atmósfera tropical. Los registros de presión barométrica de buen tiempo de los trópicos son en su mayoría solo oscilaciones limpias de 12 horas.
@Floris Agregué una respuesta temporal a continuación para mostrarle lo que quiero decir.

Esta no es realmente una respuesta, y la eliminaré en breve, solo quiero ponerla aquí como una demostración del claro dominio del constituyente de 12 horas en las mareas atmosféricas en los trópicos (no puedo poner imágenes en los comentarios ). El récord de presión proviene del año pasado en el Pacífico tropical oriental. Hay una gran cantidad de variabilidad en las escalas de tiempo semanales, y la oscilación de 12 horas se destaca, pero en realidad no se puede distinguir un componente de 24 horas.

Entonces, aunque las mareas son impulsadas por el calor solar, lo que ciertamente parecería que seguirían un ciclo diario, en realidad tienen un ciclo de medio día.

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Esto es muy sorprendente. ¿Tiene un enlace a la fuente de este material? Por un lado, la fuerza de marea lunar es más fuerte que la solar; sin embargo, los ciclos que se muestran aquí duran exactamente 12 horas, no 12 horas y 25 minutos. ¿Un rápido enfriamiento/calentamiento al amanecer/atardecer explica esto (cambiando la densidad de la atmósfera debido a la humedad?)
Honestamente, no entiendo completamente el mecanismo. Me metieron a golpes en la cabeza que era un efecto de calentamiento, no uno gravitatorio, lo cual no cuestiono. En cuanto a por qué hay una respuesta más fuerte al forzamiento de 12 horas que al de 24 horas, siempre pensé que era una cuestión de resonancia. Los datos son míos, no hay ningún enlace a ellos, pero tengo otros ejemplos, y no debería ser difícil encontrar otros comparables en línea.
¿El viento levanta mañanas y tardes? La planitud de la curva general (rango de presión total) es asombrosa. ¿Dónde mediste esto? Sé que muchas islas tienen viento por la mañana y por la noche (debido al efecto de calentamiento/enfriamiento del agua frente a la tierra). Bernoulli proporciona el cambio de presión correspondiente.
Esto está a 10 N, 125 W, en medio del océano, a medio camino entre Hawái y América Central. Tal vez haya picos apenas perceptibles en el espectro de la velocidad del viento en períodos de día y medio día, pero ciertamente no ve nada que salte a la vista cuando observa una serie temporal. Elegí un período bastante tranquilo para enfatizar las mareas. Hay mayores fluctuaciones de presión a veces.
Bien, ¿entonces no hay efectos debido al calentamiento diferencial ya que no hay tierra cerca? Interesante, no puedo explicarlo.
Hay un libro al respecto de Chapman y Lindzen. No he leído lo suficiente para ver si hay una respuesta definitiva, pero hay una gran cita de Lord Kelvin, que acabo de pegar arriba.
Esa es una cita fascinante, especulativa, pero tiene sentido. Claramente concluye que esto no es un efecto gravitacional, pero no se responde si de hecho hay una resonancia excitada. Creo que esto amerita una pregunta de seguimiento "¿cuál es el mecanismo de la variación semidiurna de la presión atmosférica?". Dado que esto no es "mareas" (en el sentido gravitacional), creo que es distinto de la presente publicación.
¿Hay mareas en la atmósfera?
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