Волна Ли

редактировать

Ветер течет к горе и производит первое колебание (A), за которым следуют другие волны. Следующие волны будут иметь меньшую амплитуду из-за естественного затухания. Линзовидные облака, застрявшие над потоком (A) и (B), будут казаться неподвижными, несмотря на сильный ветер.

В метеорологии, подветренные волны атмосферные стационарные волны. Наиболее распространенной формой являются горные волны, которые представляют собой внутренние атмосферные гравитационные волны. Они были обнаружены в 1933 году двумя немецкими планеристами, Гансом Дойчманном и Вольфом Хиртом над Крконоше. Это периодические изменения атмосферного давления, температуры и ортометрической высоты в токе воздуха . вызвано вертикальным смещением, например орографическим подъемом, когда ветер дует над горой или горным хребтом. Они также могут быть вызваны приземным ветром, дующим над откосом или плато, или даже верхним ветром, отклоняющимся над термическим восходящим потоком или улица облаков.

Вертикальное движение вызывает периодические изменения скорости и направления воздуха в этом воздушном потоке. Они всегда встречаются группами на подветренной стороне местности, которая их запускает. Иногда горные волны могут способствовать увеличению количества осадков с подветренной стороны от горных хребтов. Обычно турбулентный вихрь с осью вращения , параллельной горному хребту, образуется вокруг первой впадины ; это называется ротором . Наиболее сильные подветренные волны образуются, когда градиент показывает стабильный слой над препятствием, с нестабильным слоем сверху и снизу.

Содержание

1 Основная теория
2 Облака
3 Авиация
4 Другие разновидности атмосферных волн
5 См. Также
6 Ссылки
7 Дополнительная литература
8 Внешние ссылки

Базовая теория

Лабораторный эксперимент по гидродинамике иллюстрирует поток мимо препятствие в виде горы. Гребни волн вниз по потоку излучаются вверх, а их групповая скорость указывает примерно на 45 ° от горизонтали. Нисходящая струя может быть замечена с подветренной стороны горы, в области более низкого давления, повышенной турбулентности и периодического вертикального смещения частиц жидкости. Вертикальные красящие линии указывают на то, что эффекты также ощущаются вверх по течению от горы, в области с более высоким давлением.

Волны Ли представляют собой форму внутренних гравитационных волн, возникающих при принудительном стратифицированном потоке через препятствие. Это возмущение поднимает воздушные частицы выше их уровня нейтральной плавучести. Таким образом, силы, восстанавливающие плавучесть, возбуждают вертикальные колебания возмущенных воздушных частиц с частотой Бранта-Вяйсалы, которая для атмосферы составляет:

$N = g θ 0 d θ 0 dz {\ displaystyle N = {\ sqrt {{g \ over \ theta _ {0}} {d \ theta _ {0} \ over dz}}}}$ ${\ displaystyle N = {\ sqrt {{g \ over \ theta _ {0}} {d \ theta _ {0} \ over dz}}}}$ , где $θ 0 ( z) {\ displaystyle \ theta _ {0} (z)}$ ${\ displaystyle \ theta _ {0} (z)}$ - вертикальный профиль потенциальной температуры.

Колебания, отклоненные от вертикальной оси под углом $ϕ {\ displaystyle \ phi}$ $\ phi$ будет происходить на более низкой частоте из $N cos ⁡ ϕ {\ displaystyle N \ cos {\ phi}}$ ${\ displaystyle N \ cos {\ phi}}$ . Эти колебания воздушных частиц происходят согласованно, параллельно волновым фронтам (линии постоянной фазы ). Эти волновые фронты представляют собой экстремумы в возмущенном поле давления (т. Е. Линии самого низкого и самого высокого давления), в то время как области между волновыми фронтами представляют собой экстремумы в возмущенном поле плавучести (т. Е. Области наиболее быстро набирающая или теряющая плавучесть).

Энергия передается по волновым фронтам (параллельно колебаниям частиц воздуха), что является направлением волны групповой скорости. Напротив, фазовое распространение (или фазовая скорость ) волн указывает перпендикулярно передаче энергии (или групповая скорость ).

Облака

Волновое окно над долиной Белоголового орла. центральной части Пенсильвании, если смотреть с планера, смотрящего на север. Ветровой поток идет сверху слева направо. Фронт Аллегейни находится под левым края окна восходящий воздух находится у правого края, а расстояние между ними составляет 3–4 км.

Как подветренные волны, так и ротор могут быть обозначены определенными волновыми облаками, если есть является достаточным количеством влаги в атмосфере и достаточным вертикальным смещением для охлаждения воздуха до точки росы. Волны также могут образовываться в сухом воздухе без облачных маркеров. Волновые облака не перемещаются по ветру, как это обычно делают облака, но остаются фиксируются в положении относительно препятствия, которое их формирует.

Вокруг гребня волны охлаждение адиабатическим расширением может образовывать облако формы ле ns (lenticularis ). Множественные линзовидные облака могут быть наложены друг на друга, если наверху есть чередующиеся слои относительно сухого и влажного воздуха.
Ротор может создавать кучевые облака или кучевые разрывы в его апвеллинговой части, также известной как «рулонное облако». Облако ротора выглядит как линия кучевых облаков. Он формируется с подветренной стороны параллельно линии гребня. Его основание находится на высоте горной вершины, хотя вершина может значительно подниматься над вершиной и может сливаться с линзовидными облаками выше. Роторные облака имеют рваные подветренные края и опасно турбулентные.
A фен пристенное облако может существовать с подветренной стороны гор, однако это не является надежным признаком наличия подветренной волны.
A pileus или покрывающее облако, подобное линзовидному облаку, может образовываться над горным или кучевым облаком, генерирующим волну.
Адиабатический компрессионный нагрев во впадине каждого колебания волны также может испаряться кучевые облака или слоистые облака в воздушной массе, создающие «волновое окно» или «разрыв Фоэна».

авиация

волны Ли обеспечивают возможность для планеров набрать высоту или пролететь на большие расстояния при парящем. Мировые рекорды летных характеристик на волнах по скорости, расстоянию или высоте были установлены в Сьерра-Неваде, Альпах, Патагонических Андах, и Южные Альпы горные хребты. Проект Perlan работает над демонстрацией жизнеспособности лазания выше тропопаузы на планере без двигателя с использованием подветренной волны, что позволяет перейти в стратосферные стоячие волны. Впервые они сделали это 30 августа 2006 года в Аргентине, поднявшись на высоту 15 460 метров (50 720 футов). Проект Mountain Wave Organization Scientifique et Technique du Vol à Voile фокусируется на анализе и классификации подветренной волны и связанных с ней роторов.

Условия, благоприятствующие сильным подветренным волнам Для парения подходят:

Постепенное увеличение скорости ветра с высотой
Направление ветра в пределах 30 ° перпендикуляра к линии горного хребта
Сильные низколетящие ветры в стабильной атмосфере
Ветер со скоростью не менее 20 узлов

Турбулентность ротора может быть вредна для других небольших самолетов, таких как аэростаты, дельтапланы и парапланы. Это может быть опасно даже для большого самолета; это явление считается причиной многих авиационных происшествий и инцидентов, в том числе поломки в полете BOAC Flight 911, Boeing 707, около Mount Fuji, Япония в 1966 году и разделение в полете двигателя на грузовом самолете Evergreen International Airlines Boeing 747 около Анкориджа, Аляска в 1993 году.

Поднимающаяся волна, позволяющая планерам подниматься на большую высоту, также может привести к сбою на большой высоте у реактивного самолета, пытающегося поддерживать горизонтальный крейсерский полет на подветренных волнах. Поднимающийся, нисходящий или турбулентный воздух внутри или над подветренной волной может вызвать превышение скорости или срыв, что приведет к подгибанию машины и потере управления, особенно когда самолет действовал возле «угол гроба ».

Другие разновидности атмосферных волн

Гидростатические волны (схематический рисунок)

Есть множество отличительных типов волн, которые образуются в различных атмосферных условиях.

Сдвиг ветра также может создавать волны. Это происходит, когда атмосферная инверсия разделяет два слоя с заметной разницей в направлении ветра. Если ветер сталкивается с искажениями в инверсионном слое, вызванными термиками, поднимающимися снизу, он создаст значительные поперечные волны с подветренной стороны от искажений, которые можно использовать для парения.

Гидравлические скачки вызванные волнами Тип волны, которая образуется, когда существует нижний слой воздуха, который является плотным, но тонким по сравнению с размером горы. После обтекания горы во впадине потока образуется своего рода ударная волна, и образуется резкий вертикальный разрыв, называемый гидравлическим скачком, который может быть в несколько раз выше горы. Гидравлический скачок похож на ротор в том, что он очень турбулентный, но не так локализован в пространстве, как ротор. Гидравлический прыжок сам по себе действует как препятствие для движущегося над ним устойчивого слоя воздуха, вызывая волну. Гидравлические скачки можно отличить по возвышающимся клубящимся облакам, и они наблюдались в диапазоне Сьерра-Невада, а также в горных хребтах в южной Калифорнии.
Гидростатические волны - это вертикально распространяющиеся волны, которые образуются в пространстве. большие препятствия. В гидростатическом равновесии давление жидкости может зависеть только от высоты, а не от горизонтального смещения. Гидростатические волны получили свое название от того факта, что они приблизительно подчиняются законам гидростатики, то есть амплитуды давления изменяются в основном в вертикальном направлении, а не в горизонтальном. В то время как обычные негидростатические волны характеризуются горизонтальными волнами подъема и опускания, в значительной степени независимыми от высоты, гидростатические волны характеризуются волнообразными волнами подъема и опускания на разных высотах над одним и тем же положением земли.
Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца может произойти, когда в непрерывной жидкости присутствует сдвиг скорости или когда имеется достаточная разница скоростей на границе раздела двух жидкостей.
Волны Россби (или планетарные волны) - это крупномасштабные движения в атмосфере, восстанавливающая сила которых - изменение эффекта Кориолиса с широтой.

См. также

Ссылки

Дополнительная литература

Grimshaw, R., (2002). Стратифицированные потоки окружающей среды. Бостон: Kluwer Academic Publishers.
Якобсон, М., (1999). Основы атмосферного моделирования. Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press.
Наппо, К. (2002). Введение в атмосферные гравитационные волны. Бостон: Academic Press.
Pielke, R., (2002). Мезомасштабное метеорологическое моделирование. Бостон: Academic Press.
Тернер, Б., (1979). Эффекты плавучести в жидкостях. Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press.
Whiteman, C., (2000). Горная метеорология. Оксфорд, Великобритания: Oxford University Press.

Внешние ссылки

Викискладе есть средства массовой информации, связанные с орографическими волнами.