Атмосфералық толқындар: тау толқындары, пайда болу себептері, қысым мен температура өзгерістері, және ауа ағынындағы құбылыстар. Ауа райы туралы мағлұмат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Атмосфералық стационарлық тербелістер
Atmospheric stationary oscillations
Метеорологияда, ли-толқындар атмосфералық стационарлық толқындар болып табылады. Ең көп таралған түрі – тау толқындары, яғни атмосфералық ішкі гравитациялық толқындар. Бұл толқындарды 1933 жылы неміс ұшқыштары Ханс Дойчманн мен Вольф Хирт алып таулардың үстінен байқаған. Олар – вертикальді орын ауыстырудан туындайтын ауа ағынындағы атмосфералық қысымның, температураның және ортометриялық биіктіктің периодтық өзгерістері, мысалы, жел таудың немесе тау тізбегінің үстінен соққан кезде орографиялық көтерілу. Олар жартас немесе үстірттен соққан желдің әсерінен де пайда болуы мүмкін. Әдетте, тау тізбегіне параллель айналу осі бар турбулентті айналым бірінші төмендіктең айналасында қалыптасады; бұл ротор деп аталады. Ең күшті ли-толқындар кедергіден жоғары тұрақты қабат, ал жоғары және төменгі қабаттар тұрақсыз болғанда пайда болады. Үлкен тау жоталарының етегінде тау толқындарының әсерінен күшті желдер (желдің күрделі соққан кезде) туындауы мүмкін. Бұл күшті желдер күтпеген орман өртінің өсуіне және таралуына себеп болуы мүмкін (соның ішінде 2016 жылы Ұлы Смоки тауларындағы орман өрті кезінде Смоки тауларындағы өрттен ұшқан ұшқындар Гатлинбург пен Пиджон Фордж аймақтарына жеткен).
In meteorology, lee waves are atmospheric stationary waves. The most common form is mountain waves, which are atmospheric internal gravity waves. These were discovered in 1933 by two German glider pilots, Hans Deutschmann and Wolf Hirth, above the Giant Mountains. They are periodic changes of atmospheric pressure, temperature and orthometric height in a current of air caused by vertical displacement, for example orographic lift when the wind blows over a mountain or mountain range. They can also be caused by the surface wind blowing over an escarpment or plateau, Usually a turbulent vortex, with its axis of rotation parallel to the mountain range, is generated around the first trough; this is called a rotor. The strongest lee waves are produced when the lapse rate shows a stable layer above the obstruction, with an unstable layer above and below. Strong winds (with wind gusts over ) can be created in the foothills of large mountain ranges by mountain waves. These strong winds can contribute to unexpected wildfire growth and spread (including the 2016 Great Smoky Mountains wildfires when sparks from a wildfire in the Smoky Mountains were blown into the Gatlinburg and Pigeon Forge areas).
Негізгі теория
Ли толқындары — тұрақты, қабатталған ағын кедергіге соққанда пайда болатын ішкі гравитациялық толқындардың бір түрі. Бұл бұзылу ауа массаларын олардың бейтарап тығыздық деңгейінен жоғары көтереді. Сондықтан, жүзу күшін қалпына келтіру күштері бұзылған ауа массаларының Брунт-Вайзеля жиілігінде тік тербелісін тудырады, атмосфера үшін ол былай өрнектеледі:
Lee waves are a form of internal gravity waves produced when a stable, stratified flow is forced over an obstacle. This disturbance elevates air parcels above their level of neutral buoyancy. Buoyancy restoring forces therefore act to excite a vertical oscillation of the perturbed air parcels at the Brunt Väisäla frequency, which for the atmosphere is:
, мұнда – потенциалды температураның тік профилі. Бұл ауа массаларының тербелістері бірге, толқын фронттарына (тұрақты фаза сызықтары) параллель болып өтеді. Бұл толқын фронттары бұзылған қысым өрісіндегі шекті мәндерді көрсетеді (яғни ең төменгі және ең жоғары қысым сызықтары), ал толқын фронттары арасындағы аймақтар бұзылған жүзу қабілеті өрісіндегі шекті мәндерді көрсетеді (яғни жүзу қабілетін ең жылдам жоғалтатын немесе ең жылдам иеленетін аймақтар). Энергия толқын фронттары бойымен (ауа массаларының тербелісіне параллель) таралады, бұл толқын тобының жылдамдығының бағыты. Ал толқындардың фазалық таралуы (немесе фазалық жылдамдығы) энергия таралуына (немесе топтық жылдамдыққа) перпендикуляр болады.
, where is the vertical profile of potential temperature. Oscillations tilted off the vertical axis at an angle of will occur at a lower frequency of These air parcel oscillations occur in concert, parallel to the wave fronts (lines of constant phase). These wave fronts represent extrema in the perturbed pressure field (i. e., lines of lowest and highest pressure), while the areas between wave fronts represent extrema in the perturbed buoyancy field (i. e., areas most rapidly gaining or losing buoyancy). Energy is transmitted along the wave fronts (parallel to air parcel oscillations), which is the direction of the wave group velocity. In contrast, the phase propagation (or phase speed) of the waves points perpendicular to energy transmission (or group velocity).
Атмосфералық толқындардың басқа түрлері
Ауа райының әртүрлі жағдайында пайда болатын әртүрлі ерекше толқындар бар. Желдің қиылысы да толқындарды тудыруы мүмкін. Бұл атмосфералық инверсия жел бағытының айқын айырмашылығымен екі қабатты бөліп алғанда болады. Егер жел төменнен көтерілетін жылулық ағындардың әсерінен инверсиялық қабаттың бұзылуына тап болса, онда бұзылудың лее жағында маңызды қисайту толқындары пайда болады, оларды жоғары көтерілу үшін қолдануға болады. Гидравликалық секіруден туындаған толқындар – таудың өлшеміне қарағанда тығыз, бірақ жұқа ауаның төменгі қабаты болған кезде пайда болатын толқындардың бір түрі. Таудан ағып өткеннен кейін, ағынның төменгі жағында соққы толқынының бір түрі пайда болады және гидравликалық секіру деп аталатын тік, кенетті үзіліс пайда болады, ол таудан бірнеше есе биік болуы мүмкін. Гидравликалық секіру роторға ұқсас, себебі ол өте турбулентті, бірақ ротор сияқты кеңістікте шектелмеген. Гидравликалық секірудің өзі жоғарыдағы тұрақты ауа қабатына кедергі келтіретін фактор болып табылады, осылайша толқынды тудырады. Гидравликалық секірулерді олардың биік дөңгелек бұлттарынан тануға болады және олар Сьерра-Невада тауларында, сондай-ақ Оңтүстік Калифорниядағы таулардың бас жағында байқалған. Гидростатикалық толқындар – кеңістіктегі үлкен кедергілердің үстінде пайда болатын және тік таралатын толқындар. Гидростатикалық тепе-теңдікте сұйықтықтың қысымы тек биіктікке ғана тәуелді, көлденең орын ауыстыруға емес. Гидростатикалық толқындар гидростатикалық заңдарға сәйкес келеді, яғни қысым амплитудасы көбінесе тік бағытта, көлденең бағытта емес, өзгереді. Кәдімгі, гидростатикалық емес толқындар биіктіктен тәуелсіз көтерілу мен түсудің көлденең толқындарымен сипатталса, гидростатикалық толқындар бір жағдайдағы әртүрлі биіктіктегі көтерілу мен түсу толқындарымен сипатталады. Кельвин-Хелмгольц тұрақсыздығы үздіксіз сұйықтықта жылдамдық қиылысы болғанда немесе екі сұйықтық арасындағы интерфейсте жеткілікті жылдамдық айырмашылығы болғанда пайда болуы мүмкін. Россби толқындары (немесе планеталық толқындар) – атмосферадағы ірі масштабты қозғалыстар, олардың қалпына келтіру күші – ендікке байланысты Кориолис күшінің өзгеруі.
There are a variety of distinctive types of waves which form under different atmospheric conditions. Wind shear can also create waves. This occurs when an atmospheric inversion separates two layers with a marked difference in wind direction. If the wind encounters distortions in the inversion layer caused by thermals coming up from below, it will create significant shear waves in the lee of the distortions that can be used for soaring. Hydraulic jump induced waves are a type of wave that forms when there exists a lower layer of air which is dense, yet thin relative to the size of the mountain. After flowing over the mountain, a type of shock wave forms at the trough of the flow, and a sharp vertical discontinuity called the hydraulic jump forms which can be several times higher than the mountain. The hydraulic jump is similar to a rotor in that it is very turbulent, yet it is not as spatially localized as a rotor. The hydraulic jump itself acts as an obstruction for the stable layer of air moving above it, thereby triggering wave. Hydraulic jumps can be distinguished by their towering roll clouds, and have been observed on the Sierra Nevada range as well as mountain ranges in southern California. Hydrostatic waves are vertically propagating waves which form over spatially large obstructions. In hydrostatic equilibrium, the pressure of a fluid can depend only on altitude, not on horizontal displacement. Hydrostatic waves get their name from the fact that they approximately obey the laws of hydrostatics, i. e. pressure amplitudes vary primarily in the vertical direction instead of the horizontal. Whereas conventional, non hydrostatic waves are characterized by horizontal undulations of lift and sink, largely independent of altitude, hydrostatic waves are characterized by undulations of lift and sink at different altitudes over the same ground position. Kelvin–Helmholtz instability can occur when velocity shear is present within a continuous fluid or when there is sufficient velocity difference across the interface between two fluids. Rossby waves (or planetary waves) are large scale motions in the atmosphere whose restoring force is the variation in Coriolis effect with latitude.