Частота Брунта — Вяйсяля: мера устойчивости жидкости к вертикальным смещениям
Brunt–Väisälä frequency
Частота Брунта-Вяйсяля: мера устойчивости жидкости к вертикальным смещениям в атмосфере, океане и геофизике. Определение, применение и влияние стратификации.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Измерение устойчивости жидкости к вертикальному смещению
Measure of fluid stability against vertical displacement
В динамике атмосферы, океанографии, астеросейсмологии и геофизике частота Брунт — Вейзеля, или частота плавучести, является мерой устойчивости жидкости к вертикальным смещениям, таким как те, что вызваны конвекцией. Более точно, это частота, с которой вертикально смещенный объем будет колебаться в статически устойчивой среде. Она названа в честь Дэвида Брунта и Вилхо Вейзеля. Её можно использовать для оценки атмосферной стратификации.
In atmospheric dynamics, oceanography, asteroseismology and geophysics, the Brunt–Väisälä frequency, or buoyancy frequency, is a measure of the stability of a fluid to vertical displacements such as those caused by convection. More precisely it is the frequency at which a vertically displaced parcel will oscillate within a statically stable environment. It is named after David Brunt and Vilho Väisälä. It can be used as a measure of atmospheric stratification.
В океанографии
В океане, где важна соленость, или в пресноводных озерах вблизи точки замерзания, где плотность не является линейной функцией температуры – где , потенциальная плотность – зависит как от температуры, так и от солености. Пример колебаний Брунте — Вяйсяля в жидкость с градиентом плотности можно увидеть в фильме "Волшебная пробка" здесь.
In the ocean where salinity is important, or in fresh water lakes near freezing, where density is not a linear function of temperature:where , the potential density, depends on both temperature and salinity. An example of Brunt–Väisälä oscillation in a density stratified liquid can be observed in the 'Magic Cork' movie here .
Контекст
Концепция выводится из второго закона Ньютона при его применении к объему жидкости в присутствии фоновой стратификации (в которой плотность изменяется по вертикали, то есть можно сказать, что плотность имеет несколько вертикальных слоев). Этот объем, отклоненный вертикально от своего начального положения, испытывает вертикальное ускорение. Если ускорение направлено обратно к исходному положению, стратификация считается стабильной, и объем совершает вертикальные колебания. В этом случае N^(2) > 0, а угловая частота колебаний равна N. Если ускорение направлено от исходного положения (N^(2) < 0), стратификация нестабильна. В этом случае обычно возникают перевороты или конвекция. Частота Брунт — Вейзеля связана с внутренними гравитационными волнами: это частота, при которой волны распространяются горизонтально, и она обеспечивает полезное описание стабильности атмосферы и океана.
The concept derives from Newton's Second Law when applied to a fluid parcel in the presence of a background stratification (in which the density changes in the vertical i. e. the density can be said to have multiple vertical layers). The parcel, perturbed vertically from its starting position, experiences a vertical acceleration. If the acceleration is back towards the initial position, the stratification is said to be stable and the parcel oscillates vertically. In this case, N^(2) > 0 and the angular frequency of oscillation is given N. If the acceleration is away from the initial position (N^(2) < 0), the stratification is unstable. In this case, overturning or convection generally ensues. The Brunt–Väisälä frequency relates to internal gravity waves: it is the frequency when the waves propagate horizontally; and it provides a useful description of atmospheric and oceanic stability.