Экваториальная волна Кельвина

На рис. 10.21 приведен пример береговой захваченной волны, наблюдавшейся у перуанского побережья. По структуре она напоминает волну Кельвина первой бароклинной моды. В поперечном к берегу направлении ее масштаб равен 30—60 км [368. Скорость распространения в направлении полюса равна 2 м/с [736]. Волна вносила вклад в изменчивость течений на периодах от суток до недель [88]. Считается, что подобные волны сначала распространяются к востоку вдоль экватора в виде экваториальных волн Кельвина (см. гл. 11), а потом движутся вдоль берегов к полюсу, имея показанную на рисунке форму. Они также влияют на уровень моря и температуру поверхности, как видно на рис. 10.21. [c.126]

Экваториальная волна Кельвина 153 [c.153]

ЭКВАТОРИАЛЬНАЯ ВОЛНА КЕЛЬВИНА [c.153]

Уравнение (11.5.3) показывает, что экваториальные волны Кельвина движутся на восток с постоянной скоростью с (как и в случае без вращения) и не испытывают дисперсии. Дисперсионное отношение между частотой со и зональным волновым числом k имеет простой вид (10.4.9), т. е. [c.155]

Эта кривая показана на общей дисперсионной диаграмме для экваториальных волн на рис. 11.1.) Для первой бароклинной моды в океане типичное значение с равно 2,8 м/с [876]. Таким образом, волне Кельвина для пересечения Тихого океана от Новой Гвинеи до Южной Америки необходимо около 2 месяцев. Для более высоких номеров мод в океане и тех волн, которые наблюдаются в атмосфере, скорости распространения становятся сравнимыми со скоростями течений. В этих случаях волновой анализ применим, лишь если среднее течение мало меняется на расстояниях порядка длины волны (см. разд. 8.12) при этом (U в (11.5.6) интерпретируется как собственная (внутренняя) частота, или частота с учетом допплеровского сдвига o, определяемая формулой (8.12.29). [c.155]

Кроме волны Кельвина существует также бесконечный набор экваториальных захваченных волн с масштабом захвата того же порядка, что и у волн Кельвина, т. е. равным экваториальному радиусу Россби (см. формулу (11.5.4)). Свойства этих волн были впервые детально рассмотрены в работах [530, 69]. Их можно исследовать, отыскивая решения, пропорциональные ехр ikx — i(ut). При этом (11.4.9) превращается в обыкновенное дифференциальное уравнение [c.155]

Рис. 11.2. Изолинии отклонения поверхности и стрелки, обозначающие течения, для волны Кельвина (а) и распространяющейся на восток смешанной планетарно-гравитационной волны (б). Фазовая и групповая скорости обеих волн направлены на восток. В волне Кельвина жидкие частицы двигаются параллельно экватору, а в смешанной волне движение происходит по эллиптическим орбитам в антициклоническую сторону. На рисунках показан широтный пояс, соответствующий 4 экваториальным радиусам Россби.

Рис. 11.9. Свидетельства существования волн Кельвина в экваториальной стратосфере. На рисунке показаны изолинии (а) зонального ветра и (б) температуры над островом Кантон (3° ю.ш., 172° з. д.) в виде функции высоты и времени. Заметны движущиеся вниз линии равных фаз, которые соответствуют направленной вверх групповой скорости. На рис. (б) проведены штриховые линии, соединяющие основные максимумы и минимумы зональной составляющей ветра. (С любезного разрешения М. Уоллеса и В. Куски [825].)

Рассеяние волн в экваториальной зоне показано на рис. 11.11 из работы [500]). На нем изображены отклонения пикноклина, вызванные влиянием зонального напряжения ветра, которое начинает действовать в районе, обозначенном штриховыми линиями, в момент / = 0. Максимальное значение напряжения равно 0,05 Н/м2 (0,5 дин/см ) в центре области и линейно спадает до нуля в окружающих районах. Ясно видно разделение энергии между движущейся на восток волной Кельвина и планетарной волной западного направления. Столь же очевиден эффект распространения возмущений в волноводе у восточного берега океана. Наблюдения этого эффекта в Тихом океане рассматривались в разд. 10.13. Близкие по смыслу решения модельных уравнений приводятся также в работах [22, 364]. Они позволяют понять, каким образом изменения ветра в центральной и западной частях Тихого океана могут очень сильно влиять на его режим в восточной части. В частности, аномально высокие температуры поверхности в прибрежных водах Перу, которые отмечались в разные годы, могут быть связаны с ослаблением пассатных ветров в Тихом океане на значительном удалении от берегов Перу или со сменой их направления. Подобные аномальные [c.179]

Эффект западной границы проявляется через волны Кельвина, возникновение которых необходимо для удовлетворения здесь граничному условию [241, 501]. Аналогично, влияние восточной границы реализуется посредством планетарных волн. Из-за больших фазовых скоростей экваториальных волн их за- [c.218]

Процесс приспособления в океане сильно подвержен влиянию дополнительного фактора, связанного с существованием пересекающих экватор меридиональных границ. Волны, распространяющиеся в экваториальном волноводе, в конце концов обязательно достигают таких границ. Поэтому весьма интересно определить, какие процессы могут при этом происходить. Подобная задача была впервые решена в работе [561]. Возьмем, например, волну Кельвина, При ее ударе о восточную границу часть энергии отражается обратно в форме планетарных и гравитационных волн (функция Го на рис. 11.10 фактически иллюстрирует эту часть решения, когда волна Кельвина единичной амплитуды падает на восточный берег х = 0 в момент /==0). Оставшаяся часть энергии переносится вдоль восточной границы в сторону полюса прибрежными волнами Кельвина. За счет этого переноса энергия выносится из экваториальной зоны. В работе [22] приведены решения указанной задачи. На западной границе энергия волн также может отражаться с образованием волн, имеющих восточное направление групповой скорости, однако прибрежные волны Кельвина, распространяющиеся к экватору, теперь не уносят энергию из тропиков, а сосредоточивают ее в экваториальном волноводе. [c.179]

Очень важное свойство экваториальной зоны состоит в том, что она выступает в качестве волновода, т. е. возмущения захватываются в окрестности экватора. Эта идея была, по-видимому, впервые высказана в 1959 г. Есидой — см. [530]. Наиболее просто продемонстрировать эту особенность экватора можно с помощью модели экваториальной волны Кельвина. Свое название она получила из-за большого сходства с береговой захваченной волной Кельвина, изучавшейся в разд. 10.4. Как и в случае береговой волны, движение происходит только в одном направлении, параллельно экватору. При этом уравнения (11.4.5) и [c.153]

Вертикально распространяющиеся экваториально захваченные волны регистрировались и в атмосфере, и в океане. Рассмотрим сначала примеры волн Кельвина, способных перемещаться только в восточном направлении. В работе [825] сообщается об обнаружении этих волн в тропической стратосфере. Волны имели период около двух недель, горизонтальные длины волн около 30 тыс. км и вертикальные длины волн около 10 км. Как видно из примера на рис. 11.9, фазовая скорость направлена сверху вниз, а групповая- снизу вверх. Для сравнения с теоретическими результатами необходимо отсчитывать характеристики волны от среднего ветра. Относительная фазовая скорость составляет 30—50 м/с и направлена на восток. Соответствующий истинный (с учетом эффекта Допплера) период равен 8 сут. Значение й находится в пределах 0,5—1 и представляется на рис. 11.8 в виде кружка. Далее этот вопрос изучался в работах [821, 822, 337]. Хирота [330] обнаружил другой пример волны Кельвина в стратосфере. Горизонтальное волновое число равнялось единице (длина волны равна окружности Земли), период 4—9 сут, вертикальный масштаб 17—23 км. Фазовая скорость с учетом допплеровского сдвига была равна 60—80 м/с. Расположение характеристик волны с та1 ими свойствами на рис. 11.8 примерно совпадает с положением только что рассмотренной волны Кельвина. В работе [894] приводятся сведения о регистрации аналогичной волны. [c.173]

В гл. 8 движение стратифицированной вращающейся жидкости изучается применительно к потоку воздуха над неоднородностями рельефа. Здесь же исследуются вопросы распространения волн на фоне медленно изменяющегося среднего состояния, методы построения лучевой картины, изучаются спектр внутренних волн в океане и влияние волн иа средний поток. В гл. 9 также вводятся вынуждающие силы, связанные с влиянием ветра, приливообразующих сил и притока тепла от Солнца, Примерами вынужденных движений являются инерционные колебания в поверхностном слое океана и ночное струйное течение в атмосфере. Кроме того, в гл. 9 рассматриваются ураганы и характер реакции океана иа шторм. Глава 10 посвящена явлениям, связанным с существованием горизонтальных границ. Исследования динамики жидкости в ограниченном объеме, стимулом для которых послужила работа Кельвина 1879 г., могут объяснить осиовиые особенности разрушительного наводнения на побережье Северного моря в 1953 г. Сходным образом можно исследовать и прибрежный апвеллшн — явление, исключительно важное для рыбного промысла. В главе также обсуждаются другие классы береговых захваченных волн. Дииамика экваториально захваченных волн, рассмотренных в гл. 11, оказывается аналогичной. На примере этих воли с целью изучения квазигеострофических движений вводятся понятия бета-эффекта и приближения бета-плоскости средних широт. В этой главе также рассматривается ци1)куляцпя атмосферы и океана в тропиках. [c.9]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология