نوسانات آزاد جو زمین

یکی از اساسی ترین عوامل در ساختار سیاره زمین، جو است. تا چند دهه پیش قسمت اعظم دانش انسان درباره جو، از طریق مشاهده اثرات جوی مخصوص از جمله شفق های قطبی، سنگهای آسمانی و طیفهای جوی که همه پدیده های قابل رویت می باشند، حاصل گردید ولی امروزه لایه های مختلف آن با روشهای پیچیده و ابزار دقیقی مورد مطالعه قرار می گیرد[1]. تولیدکنندگان وسایل و ابزار جدید تجربی، روشهای مستقیم تری به منظور مطالعه ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی جو فوقانی به دست داده اند. بالنهای عمق پیما وسایلی به قسمتهای بالای جو حمل می کنند که این وسایل قادر به ارسال اطلاعات و پیامهای مربوط به درجه حرارت، فشار و رطوبت به گیرنده های واقع در آزمایشگاهها هستند. این قبیل اقدامات تا ارتفاع 30 کیلومتری موثرند. رادیوسوند کاملترین اطلاعات در مورد پراکندگی عمومی، درجه حرارت، فشار، رطوبت و باد را ارسال میدارد. علایم رادیویی یکی از قدیمی ترین وسایل تجربی مطالعات جوی است. با انعکاس امواج رادیویی از لایه های یونیزه شده فوقانی، ارتباط رادیویی با طول موج بلند ممکن می گردد. اخیراً ابداعات برجسته ای در زمینه بررسیهای فضایی و اقمار مصنوعی صورت پذیرفته و امر مطالعه جو فوقانی و تحتانی را که هنوز به خوبی شناخته نشده اند میسر ساخته است[18]. در این مورد قمرهای مصنوعی تیروس و نیمبوس بسیار مورد استفاده قرار می گیرند، به ویژه این اقمار به علت ارسال تصاویر پیچیده و مرکب تلویزیونی از مناطق وسیع ابری و قسمتهایی از اقیانوسها که فاقد رفت و آمد کشتیهای بازرگانی و نظامی هستند، بسیار مفید می باشد. تا پیش از قرن بیستم، مطالعه سیالات اساساً برعهده دو گروه بود: مهندسین هیدرولوژیک و ریاضیدانان. مهندسین در زمینه های تجربی کار میکردند در حالیکه ریاضیدانان صرفاً به جنبه های تئوری و تحلیلی می پرداختند. آزمایشهای وسیع و غالباً ابتکاری گروه اول اطلاعات بسیار ارزشمندی به مهندسین حرفه-ای آن دوره عرضه می داشت. اما اعتبار نتایج و قواعد عملی ایشان به دلیل فقدان عمومیت، در وضعیتهای نوظهور محدود می گردید. دراین حال ریاضیدانان نیز به دلیل در دسترس نداشتن اطلاعات تجربی، مجبور به انجام فرضیاتی بودند که غالباً سبب می شد نتایج بدست آمده با واقعیت مغایرت داشته باشد. محققین برجسته ای چون رینولدز، فروید، پرانتل و فون کارمن دریافتند که معادلات سیالات باید آمیخته ای از تئوری و آزمایش باشد. این، آغاز علم سیالات به صورتی که امروزه شناخته می شود، بود. امروزه در تحقیقات نوین، ریاضیدانان، فیزیکدانان، مهندسین و تکنسین های ماهر به صورت گروهی کار کرده و برحسب ضرورت از هر دو جنبه عملی و تئوری بهره می گیرند. در سال 1941 کاولینگ [19] نوسانات اجرام سماوی سیال را به دو گروه وجوه صوتی (p) و گرانشی (g) طبقه بندی کرد. این طبقه بندی به اعتبار وجود دو نوع نیرو در سیالات است (ثبوتی، 1981) [20]. وجوه صوتی ناشی از اغتشاش در فشار و وجوه گرانشی عمدتاً ناشی از اغتشاش در چگالی و نیروهای غوطه وری می باشد. تحقیقات اخیر لاپلاس[1]، بر روی مسائل مربوط به نوسانات جو به توضیحاتی در مورد نوسانات نیمروزی فشار انجامید. او می دانست که دامنه مولفه های خورشیدی نوسانات نیمروزی فشار، بزرگتر از مولفه های قمری است. گرچه نیروی جذر و مدی ماه در حدود دو برابر بزرگتر از نیروی جذر و مدی خورشید است. توضیح او این بود که نوسانات فشار مربوط به جذر و مد نیست بلکه مربوط به دماست. ویلیام تامپسون[2]، دریافته بود که اگر نوسانات فشار در اثر دما باشد، مقدار روزانه تغییرات باید بزرگتر از مقدار نیمروزی آن باشد در حالیکه واقعیت برخلاف این است. کلوین پیش بینی کرد که جو نوساناتی با دوره تناوب حدود 12 ساعت داشته باشد[3]. این پرسش که آیا جو ما واقعاً دارای نوساناتی با چنین دوره تناوبی می باشد، هنوز در حال بررسی است.