Ли волна

В метеорологии . подветренные волны — это атмосферные стационарные волны Наиболее распространенной формой являются горные волны , которые представляют собой внутренние гравитационные волны атмосферы . Они были обнаружены в 1933 году двумя немецкими пилотами-планеристами , Гансом Дойчманном и Вольфом Хиртом , над Крконошскими горами . ^[1]^[2]^[3]Это периодические изменения атмосферного давления , температуры и ортометрической высоты в потоке воздуха , вызванные вертикальным смещением, например орографическим подъемом , когда ветер дует над горой или горным хребтом . Они также могут быть вызваны приземным ветром, дующим над откосом или плато . ^[4] или даже высшими ветрами, отклоняемыми тепловым восходящим потоком или облачной улицей .

Вертикальное движение вызывает периодические изменения скорости и направления воздуха внутри этого воздушного потока. Они всегда появляются группами на подветренной стороне местности , которая их вызывает. Иногда горные волны могут способствовать увеличению количества осадков с подветренной стороны от горных хребтов. ^[5] Обычно образуется турбулентный вихрь которого , ось вращения параллельна горному хребту вокруг первого желоба ; это называется ротор . Самые сильные подветренные волны возникают, когда градиент показывает стабильный слой над препятствием и нестабильный слой выше и ниже. ^[4]

Сильные ветры (с порывами ветра более 100 миль в час (160 км/ч)) могут создаваться в предгорьях крупных горных хребтов горными волнами. ^[6]^[7]^[8]^[9] Эти сильные ветры могут способствовать неожиданному росту и распространению лесных пожаров (включая лесные пожары Грейт-Смоки-Маунтинс в 2016 году , когда искры от лесного пожара в Смоки-Маунтинс попали в районы Гатлинбурга и Пиджен-Фордж). ^[10]

Основная теория

Волны Ли — это форма внутренних гравитационных волн, возникающих, когда стабильный стратифицированный поток преодолевает препятствие. Это возмущение поднимает воздушные пакеты выше их уровня нейтральной плавучести . Таким образом, силы, восстанавливающие плавучесть, возбуждают вертикальные колебания возмущенных частиц воздуха на частоте Брунта-Вяйсялы , что для атмосферы составляет:

$N={\sqrt {{g \over \theta _{0}}{d\theta _{0} \over dz}}}$ , где $\theta _{0}(z)$ – вертикальный профиль потенциальной температуры .

Колебания отклонены от вертикальной оси под углом $\phi$ с меньшей частотой будет происходить $N\cos {\phi }$ . Эти колебания воздушного пакета происходят согласованно, параллельно волновым фронтам (линиям постоянной фазы ). Эти волновые фронты представляют собой экстремумы в возмущенном поле давления (т. е. линии наименьшего и самого высокого давления), тогда как области между волновыми фронтами представляют собой экстремумы в возмущенном поле плавучести (т. е. области, наиболее быстро набирающие или теряющие плавучесть).

Энергия передается вдоль волновых фронтов (параллельно колебаниям частиц воздуха), что соответствует направлению групповой скорости волн . Напротив, фазовое распространение (или фазовая скорость ) волн перпендикулярно передаче энергии (или групповой скорости ). ^[11]^[12]

Облака

И подветренные волны, и ротор могут обозначаться определенными образованиями волновых облаков , если в атмосфере достаточно влаги и достаточное вертикальное смещение для охлаждения воздуха до точки росы . Волны также могут образовываться в сухом воздухе без облачных маркеров. ^[4] Волновые облака не движутся по ветру, как это обычно делают облака, а остаются неподвижными относительно препятствия, которое их образует.

Вокруг гребня волны охлаждение при адиабатическом расширении образовать облако в форме линзы лентикулярная ( может ). Множественные линзовидные облака могут располагаться друг на друге, если над ними чередуются слои относительно сухого и влажного воздуха.
Ротор может создавать кучевые облака или трещины кучевых облаков в восходящей части, также известной как «рулонное облако». Облако ротора выглядит как линия кучевых облаков. Он формируется с подветренной стороны и параллельно линии хребта. Его основание находится примерно на высоте горной вершины, хотя вершина может простираться значительно выше вершины и сливаться с линзовидными облаками наверху. Роторные облака имеют неровные подветренные края и опасны для турбулентности. ^[4]
облако На подветренной стороне гор может существовать феновое , однако это не является надежным признаком присутствия подветренных волн.
Над горой шляпочное или шапочное облако, похожее на линзовидное облако. или кучевым облаком, порождающим волну, может образоваться
Адиабатический нагрев сжатия во впадине каждого волнового колебания может также испарять кучевые или слоистые облака в воздушной массе , создавая «волновое окно» или «феновскую щель».

Авиация

возможность Волны Ли дают планерам набирать высоту или летать на большие расстояния во время полета . Мировые рекорды полета на волнах по скорости, расстоянию и высоте были установлены с подветренной стороны горных хребтов Сьерра-Невада , Альп , Патагонских Анд и Южных Альп . ^[13] Проект «Перлан» работает над тем, чтобы продемонстрировать возможность набора высоты над тропопаузой на планере без двигателя с использованием подветренных волн, переходя в стратосферные стоячие волны. Впервые они сделали это 30 августа 2006 года в Аргентине , поднявшись на высоту 15 460 метров (50 720 футов). ^[14]^[15] Проект «Горные волны» Организации Scientifique et Technique du Vol à Voile фокусируется на анализе и классификации подветренных волн и связанных с ними роторов. ^[16]^[17]^[18]

Условиями, благоприятствующими сильным подветренным волнам, подходящим для парения, являются:

Постепенное увеличение скорости ветра с высотой.
Направление ветра в пределах 30° от перпендикуляра к линии горного хребта.
Сильные ветры на малых высотах в стабильной атмосфере
Ветер в Риджтопе со скоростью не менее 20 узлов.

Турбулентность ротора может быть вредной для других небольших летательных аппаратов, таких как воздушные шары , дельтапланы и парапланы . Это может представлять опасность даже для больших самолетов; Считается, что это явление является причиной многих авиационных происшествий и инцидентов , в том числе поломки в полете рейса 911 BOAC , Боинга 707 возле горы Фудзи , Япония , в 1966 году, а также отделения двигателя в полете Evergreen International Airlines. Боинга 747 Грузовой самолет недалеко от Анкориджа, Аляска, 1993 год. ^[19]

Поднимающийся воздух волны, который позволяет планерам подниматься на большую высоту, также может привести к опрокидыванию на большой высоте реактивных самолетов, пытающихся поддерживать горизонтальный крейсерский полет при подветренной волне . Поднимающийся, нисходящий или турбулентный воздух в подветренных волнах или над ними может вызвать превышение скорости , сваливание или потерю управления.

Другие разновидности атмосферных волн

Гидростатическая волна (схематический рисунок)

Существует множество различных типов волн, которые образуются в разных атмосферных условиях.

Сдвиг ветра также может создавать волны. Это происходит, когда атмосферная инверсия разделяет два слоя с заметной разницей в направлении ветра. Если ветер встретит искажения в инверсионном слое, вызванные термическими потоками, поднимающимися снизу, он создаст значительные поперечные волны с подветренной стороны от искажений, которые можно будет использовать для парения. ^[20]

Волны, вызванные гидравлическим прыжком, — это тип волны, которая образуется, когда существует нижний слой воздуха, который является плотным, но тонким по сравнению с размером горы. После обтекания горы в низине потока образуется своего рода ударная волна и образуется резкий вертикальный разрыв, называемый гидравлическим скачком , который может быть в несколько раз выше горы. Гидравлический прыжок похож на ротор тем, что он очень турбулентен, но не так локализован в пространстве, как ротор. Сам гидравлический прыжок действует как препятствие для движущегося над ним стабильного слоя воздуха, тем самым вызывая волну. Гидравлические прыжки можно отличить по высоким рулонным облакам, они наблюдались на Сьерра-Невада. хребте ^[21] а также горные хребты в южной Калифорнии.
Гидростатические волны — это вертикально распространяющиеся волны, которые образуются над пространственно большими препятствиями. В гидростатическом равновесии давление жидкости может зависеть только от высоты, а не от горизонтального смещения. Гидростатические волны получили свое название из-за того, что они примерно подчиняются законам гидростатики, т. е. амплитуды давления изменяются преимущественно в вертикальном, а не горизонтальном направлении. В то время как обычные негидростатические волны характеризуются горизонтальными волнами подъема и опускания, в значительной степени независимыми от высоты, гидростатические волны характеризуются волнами подъема и опускания на разных высотах над одним и тем же положением земли.
Нестабильность Кельвина – Гельмгольца может возникнуть, когда в сплошной жидкости присутствует сдвиг скоростей или когда существует достаточная разница скоростей на границе раздела двух жидкостей.
Волны Россби (или планетарные волны) — это крупномасштабные движения в атмосфере, восстанавливающей силой которых является изменение эффекта Кориолиса с широтой.

См. также

Ссылки

↑ 10 марта 1933 года немецкий пилот-планерист Ганс Дойчманн (1911–1942) пролетал над Крконошами в Силезии, когда восходящий поток поднял его самолет на километр. Событие наблюдал и правильно интерпретировал немецкий инженер и планерист Вольф Хирт (1900–1959), который написал о нем в: Wolf Hirth, Die hohe Schule des Segelfluges [Высшая школа планерного полета] (Берлин, Германия: Класинг и Ко, 1933). Впоследствии это явление было изучено немецким пилотом-планеристом и физиком-атмосферником Иоахимом П. Кюттнером (1909–2011) в: Кюттнер, Дж. (1938) «Moazagotl und Föhnwelle» (Лентикулярные облака и феновые волны), Beiträge zur Physik der Atmosphäre , 25. , 79–114, и Кюттнер Дж. (1959) «Роторный поток с подветренной стороны гор». GRD [Управление геофизических исследований] Исследовательские заметки № 6, AFCRC [Кембриджский исследовательский центр ВВС] -TN-58-626, ASTIA [Агентство технической информации вооруженных сил] Документ № AD-208862.
^ Токгозлу, А; Расулов, М.; Аслан З. (январь 2005 г.). «Моделирование и классификация горных волн». Технический взлет . Том. 29, нет. 1. п. 22. ISSN 0744-8996 .
^ «Статья о волновом подъемнике» . Проверено 28 сентября 2006 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Пейген, Деннис (1992). Понимание Неба . Город: Пабы «Спорт Авиация». стр. 169–175. ISBN 978-0-936310-10-7 . Это идеальный случай, когда нестабильный слой ниже и выше стабильного слоя создает то, что можно назвать трамплином, от которого стабильный слой может отскочить, как только гора начнет колебаться.
^ Дэвид М. Гаффин; Стивен С. Паркер; Пол Д. Кирквуд (2003). «Неожиданно сильный и сложный снегопад в регионе Южных Аппалачей» . Погода и прогнозирование . 18 (2): 224–235. Бибкод : 2003WtFor..18..224G . doi : 10.1175/1520-0434(2003)018<0224:AUHACS>2.0.CO;2 .
^ Дэвид М. Гаффин (2009). «О сильных ветрах и потеплении фена, связанном с горно-волновыми явлениями в западных предгорьях Южных Аппалачей» . Погода и прогнозирование . 24 (1): 53–75. Бибкод : 2009WtFor..24...53G . дои : 10.1175/2008WAF2007096.1 .
^ М. Н. Рафаэль (2003). «Калифорнийские ветры Санта-Ана» . Взаимодействие с Землёй . 7 (8): 1. Бибкод : 2003EaInt...7h...1R . doi : 10.1175/1087-3562(2003)007<0001:TSAWOC>2.0.CO;2 .
^ Уоррен Блиер (1998). «Закатные ветры Санта-Барбары, Калифорния» . Погода и прогнозирование . 13 (3): 702–716. Бибкод : 1978ДАТС...35...59Л . doi : 10.1175/1520-0434(1998)013<0702:TSWOSB>2.0.CO;2 .
^ ДК Лилли (1978). «Сильная ураган на склоне склона и турбулентность самолета, вызванная горной волной» . Журнал атмосферных наук . 35 (1): 59–77. Бибкод : 1978ДАТС...35...59Л . doi : 10.1175/1520-0469(1978)035<0059:ASDWAA>2.0.CO;2 .
^ Райан Шедболт; Джозеф Чарни; Ханна Фромм (2019). «Мезомасштабное моделирование ветрового явления горных волн, связанного с пожаром Chimney Tops 2 (2016 г.)» (Специальный симпозиум по мезомасштабным метеорологическим экстремальным явлениям: понимание, прогнозирование и прогнозирование). Американское метеорологическое общество: 5 стр. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ Гилл, Адриан Э. (1982). Динамика атмосферы и океана (1-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 9780122835223 .
^ Дюрран, Дейл Р. (1 января 1990 г.). «Горные волны и нисходящие ветры». В Блюмене, Уильям (ред.). Атмосферные процессы над сложной местностью . Метеорологические монографии. Американское метеорологическое общество. стр. 59–81. дои : 10.1007/978-1-935704-25-6_4 . ISBN 9781935704256 .
^ Рекорды планерного движения FAI. Архивировано 5 декабря 2006 г. в Wayback Machine.
^ «Файл записи Фай» . Архивировано из оригинала 13 апреля 2015 г. Проверено 27 января 2015 г.
^ Проект Перлан
^ OSTIV-Проект «Горная волна»
^ [1] Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine - по состоянию на 3 ноября 2009 г.
^ Линдеманн, К; Хейзе, Р.; Герольд, В.Д. (июль 2008 г.). «Ливейвы в регионе Анд, Проект горных волн (MWP) OSTIV». Технический взлет . Том. 32, нет. 3. п. 93. ISSN 0744-8996 .
^ Отчет об аварии NTSB AAR-93-06
^ Экки, Бернард (2007). Продвинутое парение стало проще . Экип Вербунг и Верлаг ГмбХ. ISBN 978-3-9808838-2-5 .
^ Наблюдения за роторами, вызванными горами, и связанные с ними гипотезы: обзор Иоахима Кюттнера и Рольфа Ф. Хертенштейна

Александр, П.; Луна, Д.; Лламедо, П.; де ла Торре, А. (19 февраля 2010 г.). «Изучение гравитационных волн вблизи Анд в Патагонии и Антарктиде с помощью радиозатменных наблюдений GPS» . Анналы геофизики . 28 (2): 587–595. Бибкод : 2010АнГео..28..587А . дои : 10.5194/angeo-28-587-2010 . hdl : 11336/61424 . ISSN 0992-7689 .

Дальнейшее чтение

Гримшоу, Р. (2002). Экологические стратифицированные потоки . Бостон: Академическое издательство Kluwer.
Джейкобсон, М. (1999). Основы моделирования атмосферы . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета.
Наппо, К. (2002). Введение в атмосферные гравитационные волны . Бостон: Академическая пресса.
Пилке, Р. (2002). Мезомасштабное метеорологическое моделирование . Бостон: Академическая пресса.
Тернер, Б. (1979). Эффекты плавучести в жидкостях . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета.
Уайтмен, К. (2000). Горная метеорология . Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета.

Внешние ссылки

[1] 10 марта 1933 года немецкий пилот-планерист Ганс Дойчманн (1911–1942) пролетал над Крконошами в Силезии, когда восходящий поток поднял его самолет на километр. Событие наблюдал и правильно интерпретировал немецкий инженер и планерист Вольф Хирт (1900–1959), который написал о нем в: Wolf Hirth, Die hohe Schule des Segelfluges [Высшая школа планерного полета] (Берлин, Германия: Класинг и Ко, 1933). Впоследствии это явление было изучено немецким пилотом-планеристом и физиком-атмосферником Иоахимом П. Кюттнером (1909–2011) в: Кюттнер, Дж. (1938) «Moazagotl und Föhnwelle» (Лентикулярные облака и феновые волны), Beiträge zur Physik der Atmosphäre , 25. , 79–114, и Кюттнер Дж. (1959) «Роторный поток с подветренной стороны гор». GRD [Управление геофизических исследований] Исследовательские заметки № 6, AFCRC [Кембриджский исследовательский центр ВВС] -TN-58-626, ASTIA [Агентство технической информации вооруженных сил] Документ № AD-208862.

[2] Токгозлу, А; Расулов, М.; Аслан З. (январь 2005 г.). «Моделирование и классификация горных волн». Технический взлет . Том. 29, нет. 1. п. 22. ISSN 0744-8996 .

[3] «Статья о волновом подъемнике» . Проверено 28 сентября 2006 г.

[Pagen-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Пейген, Деннис (1992). Понимание Неба . Город: Пабы «Спорт Авиация». стр. 169–175. ISBN 978-0-936310-10-7 . Это идеальный случай, когда нестабильный слой ниже и выше стабильного слоя создает то, что можно назвать трамплином, от которого стабильный слой может отскочить, как только гора начнет колебаться.

[5] Дэвид М. Гаффин; Стивен С. Паркер; Пол Д. Кирквуд (2003). «Неожиданно сильный и сложный снегопад в регионе Южных Аппалачей» . Погода и прогнозирование . 18 (2): 224–235. Бибкод : 2003WtFor..18..224G . doi : 10.1175/1520-0434(2003)018<0224:AUHACS>2.0.CO;2 .

[WAFarticle-6] Дэвид М. Гаффин (2009). «О сильных ветрах и потеплении фена, связанном с горно-волновыми явлениями в западных предгорьях Южных Аппалачей» . Погода и прогнозирование . 24 (1): 53–75. Бибкод : 2009WtFor..24...53G . дои : 10.1175/2008WAF2007096.1 .

[7] М. Н. Рафаэль (2003). «Калифорнийские ветры Санта-Ана» . Взаимодействие с Землёй . 7 (8): 1. Бибкод : 2003EaInt...7h...1R . doi : 10.1175/1087-3562(2003)007<0001:TSAWOC>2.0.CO;2 .

[8] Уоррен Блиер (1998). «Закатные ветры Санта-Барбары, Калифорния» . Погода и прогнозирование . 13 (3): 702–716. Бибкод : 1978ДАТС...35...59Л . doi : 10.1175/1520-0434(1998)013<0702:TSWOSB>2.0.CO;2 .

[9] ДК Лилли (1978). «Сильная ураган на склоне склона и турбулентность самолета, вызванная горной волной» . Журнал атмосферных наук . 35 (1): 59–77. Бибкод : 1978ДАТС...35...59Л . doi : 10.1175/1520-0469(1978)035<0059:ASDWAA>2.0.CO;2 .

[AMSpresentation-10] Райан Шедболт; Джозеф Чарни; Ханна Фромм (2019). «Мезомасштабное моделирование ветрового явления горных волн, связанного с пожаром Chimney Tops 2 (2016 г.)» (Специальный симпозиум по мезомасштабным метеорологическим экстремальным явлениям: понимание, прогнозирование и прогнозирование). Американское метеорологическое общество: 5 стр. {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[11] Гилл, Адриан Э. (1982). Динамика атмосферы и океана (1-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 9780122835223 .

[12] Дюрран, Дейл Р. (1 января 1990 г.). «Горные волны и нисходящие ветры». В Блюмене, Уильям (ред.). Атмосферные процессы над сложной местностью . Метеорологические монографии. Американское метеорологическое общество. стр. 59–81. дои : 10.1007/978-1-935704-25-6_4 . ISBN 9781935704256 .

[13] Рекорды планерного движения FAI. Архивировано 5 декабря 2006 г. в Wayback Machine.

[14] «Файл записи Фай» . Архивировано из оригинала 13 апреля 2015 г. Проверено 27 января 2015 г.

[15] Проект Перлан

[16] OSTIV-Проект «Горная волна»

[MWP-17] [1] Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine - по состоянию на 3 ноября 2009 г.

[18] Линдеманн, К; Хейзе, Р.; Герольд, В.Д. (июль 2008 г.). «Ливейвы в регионе Анд, Проект горных волн (MWP) OSTIV». Технический взлет . Том. 32, нет. 3. п. 93. ISSN 0744-8996 .

[19] Отчет об аварии NTSB AAR-93-06

[20] Экки, Бернард (2007). Продвинутое парение стало проще . Экип Вербунг и Верлаг ГмбХ. ISBN 978-3-9808838-2-5 .

[Kuettner+Hertenstein-21] Наблюдения за роторами, вызванными горами, и связанные с ними гипотезы: обзор Иоахима Кюттнера и Рольфа Ф. Хертенштейна

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]