Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Периодические возмущения в атмосфере
Periodic disturbance in atmospheres
Атмосферная волна – это периодическое возмущение в полях атмосферных переменных (таких как давление на поверхности, геопотенциальная высота, температура или скорость ветра), которое может распространяться (бегущая волна) или быть стационарным (стоячая волна). Атмосферные волны различаются по пространственному и временному масштабу от крупномасштабных планетарных волн (волн Россби) до мельчайших звуковых волн. Атмосферные волны, периоды которых являются гармониками одного солнечного дня (например, 24 часа, 12 часов, 8 часов и т.д.), называются атмосферными приливами.
An atmospheric wave is a periodic disturbance in the fields of atmospheric variables (like surface pressure or geopotential height, temperature, or wind velocity) which may either propagate (traveling wave) or be stationary (standing wave). Atmospheric waves range in spatial and temporal scale from large scale planetary waves (Rossby waves) to minute sound waves. Atmospheric waves with periods which are harmonics of 1 solar day (e. g. 24 hours, 12 hours, 8 hours etc.) are known as atmospheric tides.
Причины и последствия
Механизм генерации волны, например, создание начального или продолжительного возмущения в атмосферных переменных, может быть различным. Как правило, волны возбуждаются либо нагревом, либо динамическими эффектами, например, обтеканием потока горными хребтами, такими как Скалистые горы в США или Альпы в Европе. Эффекты нагрева могут быть малого масштаба (например, генерация гравитационных волн конвекцией) или крупномасштабными (образование волн Россби из-за температурных контрастов между континентами и океанами зимой в Северном полушарии). Атмосферные волны переносят импульс, который, по мере затухания волны, возвращается в основной поток. Это волновое воздействие на поток особенно важно в стратосфере, где отложение импульса планетарными волнами Россби приводит к внезапным стратосферным потеплениям, а отложение гравитационными волнами – к квазидвухлетним колебаниям. В математическом описании атмосферных волн используются сферические гармоники. При рассмотрении сечения волны вдоль окружности широты это эквивалентно синусоидальной форме. Сферические гармоники, представляющие отдельные планетарные волновые моды Россби-Хаурвица, могут иметь любую ориентацию относительно оси вращения планеты. Примечательно, что, хотя само существование этих планетарных волновых мод требует вращения планеты вокруг ее полярной оси, фазовая скорость отдельных волновых мод не зависит от относительной ориентации сферически гармоничной волновой моды относительно оси планеты. Это может быть следствием лежащей в основе (приблизительной) сферической симметрии планеты, несмотря на то, что эта симметрия нарушается вращением планеты.
The mechanism for the forcing of the wave, for example, the generation of the initial or prolonged disturbance in the atmospheric variables, can vary. Generally, waves are either excited by heating or dynamic effects, for example the obstruction of the flow by mountain ranges like the Rocky Mountains in the U. S. or the Alps in Europe. Heating effects can be small scale (like the generation of gravity waves by convection) or large scale (the formation of Rossby waves by the temperature contrasts between continents and oceans in the Northern hemisphere winter). Atmospheric waves transport momentum, which is fed back into the background flow as the wave dissipates. This wave forcing of the flow is particularly important in the stratosphere, where this momentum deposition by planetary scale Rossby waves gives rise to sudden stratospheric warmings and the deposition by gravity waves gives rise to the quasi biennial oscillation. In the mathematical description of atmospheric waves, spherical harmonics are used. When considering a section of a wave along a latitude circle, this is equivalent to a sinusoidal shape. Spherical harmonics, representing individual Rossby Haurwitz planetary wave modes, can have any orientation with respect to the axis of rotation of the planet. Remarkably while the very existence of these planetary wave modes requires the rotation of the planet around its polar axis the phase velocity of the individual wave modes does not depend on the relative orientation of the spherically harmonic wave mode with respect to the axis of the planet. This can be shown to be a consequence of the underlying (approximate) spherical symmetry of the planet, even though this symmetry is broken by the planet's rotation.