Атмосферная волна
Атмосферная волна — это периодическое возмущение в полях атмосферных переменных (таких как приземное давление или геопотенциальная высота , температура или скорость ветра ), которое может либо распространяться ( бегущая волна ), либо быть стационарным ( стоячая волна ). Атмосферные волны варьируются в пространственном и временном масштабе от крупномасштабных планетарных волн ( волн Россби ) до мельчайших звуковых волн . Атмосферные волны с периодами, которые являются гармониками одного солнечного дня (например, 24 часа, 12 часов, 8 часов... и т. д.), известны как атмосферные приливы .
Причины и последствия
[ редактировать ]Механизм воздействия волны, например, возникновение первоначального или длительного возмущения атмосферных переменных, может быть различным. Обычно волны возбуждаются либо нагреванием , либо динамическими эффектами, например, препятствием потоку горными хребтами, такими как Скалистые горы в США или Альпы в Европе . Эффекты нагрева могут быть мелкомасштабными (например, генерация гравитационных волн за счет конвекции ) или крупномасштабными (образование волн Россби из-за температурных контрастов между континентами и океанами зимой в Северном полушарии ).
Атмосферные волны переносят импульс , который возвращается в фоновый поток по мере рассеивания волны . Это волновое воздействие на поток особенно важно в стратосфере планетарного масштаба , где это накопление импульса волнами Россби вызывает внезапные стратосферные потепления , а осаждение гравитационными волнами вызывает квазидвухлетние колебания .
При математическом описании атмосферных волн сферические гармоники используются . При рассмотрении сечения волны по широтному кругу это эквивалентно синусоидальной форме. Сферические гармоники, представляющие собой отдельные планетарные волновые моды Россби-Хаурвица, могут иметь любую ориентацию относительно оси вращения планеты. [1] Примечательно, что хотя само существование этих планетарных волновых мод требует вращения планеты вокруг своей полярной оси, фазовая скорость отдельных волновых мод не зависит от относительной ориентации сферически-гармонической волновой моды относительно оси планета. Можно показать, что это является следствием основной (приблизительной) сферической симметрии планеты, хотя эта симметрия нарушается вращением планеты. [2]
Виды волн
[ редактировать ]Поскольку распространение волны в основном вызвано дисбалансом сил, действующих на воздух (который при рассмотрении волнового движения часто рассматривают как частицы воздуха ), типы волн и характеристики их распространения изменяются в зависимости от широты, главным образом потому, что Эффект Кориолиса на горизонтальный поток максимален на полюсах и равен нулю на экваторе .
Существует четыре различных типа волн:
- звуковые волны атмосферы (обычно исключаются из уравнений движения из-за их высокой частоты)
Это продольные или волны сжатия . Звуковая волна распространяется в атмосфере посредством серии сжатий и расширений, параллельных направлению распространения.
- внутренние гравитационные волны (требуют устойчивой стратификации атмосферы)
- инерционно-гравитационные волны (также включают значительный эффект Кориолиса в отличие от «обычных» гравитационных волн)
- Волны Россби (можно увидеть во впадинах и хребтах геопотенциала 500 гПа , вызванных циклонами и антициклонами средних широт )
На экваторе смешанные гравитационные волны Россби и волны Кельвина также можно наблюдать .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лонге-Хиггинс, MS (1964). «Планетарные волны на вращающейся сфере». Учеб. Р. Сок. А. 279 : 446–473.
- ^ Тоорн, Рамзес ван дер (2019). «Элементарные свойства нелинейных планетарных волн Россби-Хаурвица, пересмотренные с точки зрения лежащей в их основе сферической симметрии» . АИМС Математика . 4 (2): 279–298. дои : 10.3934/math.2019.2.279 . ISSN 2473-6988 . S2CID 239363997 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Холтон, Джеймс Р.: Введение в динамическую метеорологию , 2004 г. ISBN 0-12-354015-1
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
