Кіріспе
Россби толқындары, сондай-ақ планеталық толқындар деп аталатын, айналмалы сұйықтықтарда табиғи түрде пайда болатын инерттік толқындардың бір түрі. Олар алғаш рет 1939 жылы Швецияда туған американдық метеоролог Карл Густав Арвид Россби Жер атмосферасында анықтады. Жердің немесе басқа планетаның айналуына байланысты олар Жердің және басқа планеталардың атмосферасында және мұхиттарында байқалады. Жердегі атмосфералық Россби толқындары – биік тіктес желдердегі алып иректер, олар ауа райына зор әсер етеді. Бұл толқындар қысым жүйелерімен және қанатты ағыммен (әсіресе полярлық маңайларда) байланысты. Океандық Россби толқындары термоклин бойымен қозғалады: мұхиттың жылы үстіңгі қабаты мен суық терең қабаты арасындағы шекара.
Rossby waves, also known as planetary waves, are a type of inertial wave naturally occurring in rotating fluids. They were first identified by Sweden born American meteorologist Carl Gustaf Arvid Rossby in the Earth's atmosphere in 1939. They are observed in the atmospheres and oceans of Earth and other planets, owing to the rotation of Earth or of the planet involved. Atmospheric Rossby waves on Earth are giant meanders in high altitude winds that have a major influence on weather. These waves are associated with pressure systems and the jet stream (especially around the polar vortices). Oceanic Rossby waves move along the thermocline: the boundary between the warm upper layer and the cold deeper part of the ocean.
Атмосфералық толқындар
Атмосфералық Россби толқындары потенциалдық айналудың сақталуының нәтижесі болып табылады және Кориолис күші мен қысым градиентінің әсеріне ұшырайды. Россби толқындарына қатысты зерттеулердің көп бөлігі Жер атмосферасындағы толқындарда жүргізілген. Жер атмосферасындағы Россби толқындарын реактивті ағынның ірі масштабты иілімдері ретінде (әдетте 4–6) байқау оңай. Бұл иілімдер айқын болғанда, суық немесе жылы ауа массалары ажырап, тиісінше әлсіз циклон мен антициклонға айналады және орташа ендіктердегі күнделікті ауа райының өрнектеріне жауап береді. Россби толқындарының әрекеті Солтүстік жарты шардағы шығыс континенттік аймақтардың, мысалы, АҚШ-тың солтүстік-шығысы мен Канаданың шығысы, сол ендіктегі Батыс Еуропадан неге суық екенін және Жерорта теңізінің жазда неге құрғақ болатынын түсіндіреді (Родуэлл-Хоскинс механизмі).
Полюстерге қарай таралатын атмосфералық толқындар
Тропосфераға терең конвекция (жылу алмасу) тропиктердегі өте жылы теңіз беттерінде күшейеді, мысалы, Эль-Ниньо оқиғалары кезінде. Бұл тропикалық фактор атмосфералық Россби толқындарын тудырады, олар полюске және шығысқа қарай жылжуға бейім. Полюске қарай таралатын Россби толқындары төменгі және жоғары ендіктердің климаты арасындағы байқалған көптеген статистикалық байланыстарды түсіндіреді. Мұндай құбылыстардың бірі – кенеттен стратосфералық жылыну. Полюске қарай таралатын Россби толқындары Солтүстік жарты шардың өзгеруінің маңызды және нақты бөлігі болып табылады, бұл Тынық мұхиты – Солтүстік Америка үлгісінде көрінеді. Ұқсас механизмдер Оңтүстік жарты шарда да қолданылады және Антарктиданың Амундсен теңізі аймағындағы күшті өзгерулерді жартылай түсіндіреді. 2011 жылы Nature Geoscience журналында жарияланған зерттеуде жалпы айналым модельдерін пайдалану арқылы, Тынық мұхитының тропикалық орталық температурасының артуынан туған Тынық мұхиты Россби толқындары Амундсен теңізінің жылынуымен байланысты болды, бұл қыс және көктем айларында Батыс Антарктидадағы Элсворт және Мари Берд жерлерінің құрлықтық жылынуына алып келді.
Басқа планеталардағы Россби толқындары
Атмосфералық Россби толқындары, Кельвин толқындары сияқты, атмосферасы бар кез келген айналмалы планетада кездесе алады. Венерадағы Y пішіндес бұлт құбылысы Кельвин және Россби толқындарына байланысты деп есептеледі.
Мұхит толқындары
Океандық Россби толқындары – мұхит алабындағы ірі масштабты толқындар. Олардың амплитудасы төмен, бетінде сантиметрлік, ал термоклиніде метрлік шамада болады, атмосфералық Россби толқындарымен салыстырғанда, олардың амплитудасы жүз шақырымға жетеді. Олар мұхит бассейнін кесіп өтуге бірнеше ай қажет болуы мүмкін. Олар мұхит бетіндегі желдің әсерінен инерция алады және жел мен жүзу күшінің өзгеруіне байланысты климаттық өзгерістерді таратушы деп есептеледі. Экватордан тыс Россби толқындары шығысқа қарай жылжылатын Кельвин толқындары арқылы шығыс шекаралық ағыстарға қарсы жоғары көтеріледі, ал экваторлық Кельвин толқындары энергиясының бір бөлігін Россби толқындарының батыс шекаралық ағыстардан шағылысуынан алады деп саналады. Баротроптық және бароклиникалық толқындар теңіз беті биіктігінің өзгеруіне себеп болады, бірақ толқындардың ұзындығы оларды спутниктік альтиметрия пайда болғанға дейін анықтауды қиындатты. Спутниктік бақылаулар океандық Россби толқындарының бар екенін растады. Бароклиникалық толқындар теңіз термоклинінің айтарлықтай ығысуын тудырады, көбінесе ондаған метрге жетеді. Спутниктік бақылаулар Россби толқындарының барлық мұхит алаптарында, әсіресе төменгі және орта ендіктерде кеңінен таралуын көрсетті. Бета-эффектісіне байланысты Россби толқындарының өту уақыты ендікпен бірге ұзарады. Мысалы, Тынық мұхитында экватордағы толқындарға айлар, ал полюске жақын жерлерде ондаған жылдар қажет болуы мүмкін. Россби толқындары Юпитердің серігі Еуропаның мұхитын қыздырудың маңызды механизмі ретінде қарастырылады.
Астрофизикалық дисктердегі толқындар
Россби толқынының тұрақсыздығы астрофизикалық дискілерде де кездеседі деп саналады, мысалы, жаңа ғарыш денелерінің қалыптасу кезеңіндегі жұлдыздардың айналасында.
Россби толқынының күшеюі
Солтүстік жарты шарда атмосфералық айналым үлгілерінің бұзылуымен байланысты бірқатар аймақтық ауа райының ерекше жағдайлары Россби толқындарының квазирезонанстық күшеюінен туындаған болуы мүмкін деп ұсынылған. Мысалдарға 2013 жылғы Еуропа су тасқыны, 2012 жылғы Қытайдағы су тасқыны, 2010 жылғы Ресейдегі ыстық толқын, 2010 жылғы Пәкістандағы су тасқыны және 2003 жылғы Еуропалық ыстық толқын жатады. Жаһандық жылынуды ескергеннің өзінде, 2003 жылғы ыстық толқын мұндай механизм болмаса, өте сирек кездесер еді. Әдетте, орта ендіктерде еркін таралатын синоптикалық масштабтағы Россби толқындары және квазистационарлық планеталық масштабтағы Россби толқындары тек әлсіз өзара әсерлеседі. Владимир Петухов, Стефан Рахмсторф, Стефан Петри және Ханс Йоахим Шеллнхубер ұсынған гипотезаға сәйкес, кейбір жағдайларда бұл толқындар өзара әрекеттесіп, тұрақты үлгі құрайды. Мұның орын алуы үшін олар екі толқынның аймақтық (шығыс-батыс) толқын саны 6–8 диапазонында болуы керек, синоптикалық толқындар тропосферада тоқтатылуы керек (энергия стратосфераға кетпеуі үшін) және орта ендіктегі толқын жетектері синоптикалық толқындардың квазистационарлық компоненттерін ұстауы керек. Бұл жағдайда планеталық масштабтағы толқындар "квазирезонанс" салдарынан орографиялық және жылулық көздерге және ағындарына ерекше күшті реакция жасай алады. 2017 жылғы Манн, Рахмсторф және басқалардың зерттеуі бұл құбылысты антропогендік Арктика күшеюімен, планеталық толқын резонансымен және ауа райының ерекше жағдайларымен байланыстырды.