Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ветер течет в сторону горы и производит первое колебание (A), за которым следуют другие волны. Следующие волны будут иметь меньшую амплитуду из-за естественного затухания. Лентикулярные облака, застрявшие над потоком (A) и (B), будут казаться неподвижными, несмотря на сильный ветер.

В метеорологии , подветренные волны являются атмосферные стационарные волны. Наиболее распространенная форма - это горные волны , которые представляют собой атмосферные внутренние гравитационные волны . Они были обнаружены в 1933 году над Крконоше двумя немецкими пилотами-планеристами , Гансом Дойчманном и Вольфом Хиртом . [1] [2] [3] Они являются периодическими изменениями атмосферного давления , температуры и ортометрической высоты в токе из воздуха , вызванный вертикальным смещением, например ,орографический подъемник, когда ветер дует над горой или горным хребтом . Они также могут быть вызваны поверхностями ветром , дующим над откосом или плато , [4] или даже верхними ветрами , отклоненных над тепловым восходящим потоком или облачной улицей .

Вертикальное движение вызывает периодические изменения скорости и направления воздуха в этом воздушном потоке. Они всегда встречаются группами на подветренной стороне местности, которая их вызывает. Иногда горные волны могут способствовать увеличению количества осадков с подветренной стороны от горных хребтов. [5] Обычно турбулентный вихрь с осью вращения, параллельной горному хребту, образуется вокруг первого желоба ; это называется ротором . Самые сильные подветренные волны образуются, когда градиент показывает стабильный слой над препятствием и нестабильный слой сверху и снизу.[4]

Основная теория [ править ]

Лабораторный эксперимент по гидродинамике демонстрирует обтекание препятствия в форме горы. Гребни волн вниз по течению 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 выше по течению горы, в области повышенного давления.

Волны Ли - это форма внутренних гравитационных волн, возникающих, когда устойчиво стратифицированный поток преодолевает препятствие. Это возмущение поднимает воздушные частицы выше их уровня нейтральной плавучести . Таким образом, силы, восстанавливающие плавучесть, возбуждают вертикальные колебания возмущенных частиц воздуха на частоте Бранта-Вяйсяла , которая для атмосферы составляет:

, где - вертикальный профиль потенциальной температуры .

Колебания наклонены от вертикальной оси под углом будет происходить при более низкой частоте из . Эти колебания воздушных частиц происходят согласованно, параллельно волновым фронтам (линиям постоянной фазы ). Эти волновые фронты представляют собой экстремумы в поле возмущенного давления (т. Е. Линии самого низкого и самого высокого давления), в то время как области между волновыми фронтами представляют собой экстремумы в поле возмущенной плавучести (т. Е. Области, наиболее быстро увеличивающие или теряющие плавучесть).

Энергия передается по волновым фронтам (параллельно колебаниям воздушных частиц), что является направлением групповой скорости волны . Напротив, фазовое распространение (или фазовая скорость ) волн направлено перпендикулярно передаче энергии (или групповой скорости ). [6] [7]

Облака [ править ]

Волновое окно над долиной Белоголового орла в центральной Пенсильвании, вид с планера, смотрящего на север. Ветровой поток идет сверху слева направо. Allegheny фронт находится под левым краем окна, восходящая воздух находится на правом крае, а расстояние между ними составляет 3-4 км.

Как подветренные волны, так и ротор могут быть обозначены определенными волновыми облачными образованиями, если в атмосфере достаточно влаги и достаточное вертикальное смещение для охлаждения воздуха до точки росы . Волны также могут образовываться в сухом воздухе без маркеров облачности. [4] Волновые облака не движутся по ветру, как это обычно делают облака, а остаются фиксированными по отношению к препятствию, которое их формирует.

  • Вокруг гребня волны, адиабатическое охлаждение расширения может образовывать облако в форме о наличии линзы ( линзообразной ). Несколько линзовидных облаков можно накладывать друг на друга, если в воздухе чередуются слои относительно сухого и влажного воздуха.
  • Ротор может образовывать кучевые облака или кучевые трещины в своей восходящей 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 выступать над вершиной и сливаться с линзовидными облаками наверху. Облака ротора имеют рваные подветренные края и опасно турбулентны. [4]
  • Фена облако стенки может существовать на подветренной стороне гор, однако это не является надежным показателем наличия подветренных волн.
  • Шляпка гриб или колпачок облако, похожее на линзообразное облако, может образовывать выше гору или кучевым облака , порождающее волну.
  • Адиабатический компрессионный нагрев во впадине каждого волнового колебания может также испарять кучевые или слоистые облака в воздушной массе , создавая «волновое окно» или «промежуток Фёна».

Авиация [ править ]

Ли волны обеспечивают возможность для планеров , чтобы получить высоту или летать на большие расстояния , когда растут . Мировые рекорды летных характеристик на волнах по скорости, расстоянию и высоте были достигнуты в пределах горных хребтов Сьерра-Невада , Альп , Патагонических Анд и Южных Альп . [8] Проект Perlan работает над тем, чтобы продемонстрировать жизнеспособность лазания выше тропопаузы на планере без двигателя с использованием подветренной волны, что делает переход в стратосферные стоячие волны. Впервые это сделали 30 августа 2006 года в Аргентине., поднявшись на высоту 15 460 метров (50 720 футов). [9] [10] Горная волна проекта в организации Научно-технический центр Vol à Voile сосредоточивается на анализе и классификации подветренных волн и связанных с ними роторов. [11] [12] [13]

Условия, благоприятствующие сильным подветренным волнам, подходящим для парения:

  • Постепенное увеличение скорости ветра с высотой
  • Направление ветра в пределах 30 ° перпендикуляра к хребту.
  • Сильный маловысотный ветер в стабильной атмосфере
  • Ridgetop ветер не менее 20 узлов

Турбулентность ротора может быть вредной для других небольших самолетов, таких как воздушные шары , дельтапланы и парапланы . Это может быть опасно даже для большого самолета; считается, что это явление является причиной многих авиационных происшествий и инцидентов , в том числе поломки в полете самолета BOAC Flight 911 , Boeing 707 , недалеко от горы Фудзи , Япония, в 1966 году, а также разъединения двигателя в полете самолета Boeing Evergreen International Airlines Грузовой самолет 747 недалеко от Анкориджа, Аляска, 1993 год. [14]

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 подветренной волнах. Поднимающийся, нисходящий или турбулентный воздух внутри или над подветренной волной может вызвать превышение скорости или срыв , что приведет к подъему машины и потере управления, особенно когда летательный аппарат эксплуатируется вблизи « угла гроба ».

Другие разновидности атмосферных волн [ править ]

Гидростатическая волна (схематический рисунок)

Существует множество различных типов волн, которые образуются в разных 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 восходящими потоками снизу, он создаст значительные поперечные волны с подветренной стороны от искажений, которые можно использовать для парения. [15]
  • Волны, вызванные гидравлическим прыжком, представляют собой 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 смысле, 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 прыжки можно отличить по возвышающимся клубящимся облакам, и они наблюдались на хребте Сьерра-Невада [16] а также горные цепи в южной Калифорнии.
  • Гидростатические волны - это волны , распространяющиеся в вертикальном направлении, которые образуются над пространственно большими препятствиями. В гидростатическом равновесии давление жидкости может зависеть только от высоты, а не от горизонтального смещения. Гидростатические волны получили свое название из-за того, 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 не зависящими от высоты, гидростатические волны характеризуются волнами подъема и опускания на разных высотах над одним и тем же положением земли.
  • Неустойчивость Кельвина – Гельмгольца может возникать, когда в непрерывной жидкости присутствует сдвиг скорости, или когда существует достаточная разница скоростей на границе раздела двух жидкостей.
  • Волны Россби (или планетарные волны) - это крупномасштабные движения в атмосфере, восстанавливающая сила которых представляет собой изменение эффекта Кориолиса с широтой.

См. Также [ править ]

  • Гравитационная волна
  • Северо-западная арка

Ссылки [ править ]

  1. ↑ 10 марта 1933 года немецкий пилот-планер Ганс Дойчманн (1911–1942) пролетал над горами Ризен в Силезии, когда восходящий поток поднял его самолет на километр. Это событие было замечено и правильно истолковано немецким инженером и пилотом планера Вольфом Хиртом (1900–1959), который написал об этом в: Wolf Hirth, Die hohe Schule des Segelfluges [Продвинутая школа полетов на планере] (Берлин, Германия: Klasing & Co., 1933). Впоследствии это явление было изучено немецким пилотом-планеристом и физиком атмосферы Иоахимом П. Кюттнером (1909-2011) в: Küttner, J. (1938) «Moazagotl und Föhnwelle» (линзовидные облака и фёновские волны), Beiträge zur Physik der Atmosphäre , 25, 79–114, и Кюттнер Дж. (1959) «Роторный поток в подветренной части гор». GRD [Управление геофизических исследований] Примечания к исследованиям № 6, AFCRC [Кембриджский исследовательский центр ВВС] -TN-58-626, ASTIA [Агентство технической информации вооруженных сил] Документ № AD-208862.
  2. ^ Токгозлу, А; Расулов, М .; Аслан, З. (январь 2005 г.). «Моделирование и классификация горных волн». Технический взлет . Vol. 29 нет. 1. п. 22. ISSN  0744-8996 .
  3. ^ "Статья о волновом подъеме" . Проверено 28 сентября 2006 .
  4. ^ a b c d Паген, Деннис (1992). Понимание неба . Город: Издательство Sport Aviation. С. 169–175. ISBN 978-0-936310-10-7. Это идеальный случай, когда нестабильный слой ниже и выше стабильного слоя создает то, что можно описать как трамплин, по которому устойчивый слой подпрыгивает, когда гора начинает колебаться.
  5. ^ Дэвид М. Гаффин, Стивен С. Паркер и Пол Д. Кирквуд (2003). «Неожиданно сильный и сложный снегопад в Южных Аппалачах» . Погода и прогнозирование . 18 (2): 224–235. Bibcode : 2003WtFor..18..224G . DOI : 10,1175 / 1520-0434 (2003) 018 <0224: AUHACS> 2.0.CO; 2 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  6. ^ Гилл, Адриан Э. (1982). Динамика атмосферы и океана (1-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 9780122835223.
  7. ^ Дурран, Дейл Р. (01.01.1990). "Горные волны и нисходящие ветры". В Блюмен, Уильям (ред.). Атмосферные процессы на сложной местности . Метеорологические монографии. Американское метеорологическое общество. С. 59–81. DOI : 10.1007 / 978-1-935704-25-6_4 . ISBN 9781935704256.
  8. ^ ФАИ скользя записи Архивировано 2006-12-05 в Wayback Machine
  9. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2015-04-13 . Проверено 27 января 2015 .CS1 maint: archived copy as title (link)
  10. ^ Проект Перлан
  11. ^ Проект OSTIV-Mountain Wave
  12. ^ [1] Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine -дата обращения 3 ноября 2009 г.
  13. ^ Lindemann, C; Heise, R .; Герольд, WD. (Июль 2008 г.). "Листья в регионе Анд, Проект горных волн (MWP) OSTIV". Технический взлет . Vol. 32 нет. 3. п. 93. ISSN 0744-8996 . 
  14. ^ Отчет об аварии NTSB AAR-93-06
  15. ^ ЭКЕЙ, Bernard (2007). Продвинутое парение стало проще . Eqip Verbung & Verlag GmbH. ISBN 978-3-9808838-2-5.
  16. ^ Наблюдения за роторами, вызванными горами, и связанные с ними гипотезы: обзор Иоахима Кюттнера и Рольфа Ф. Гертенштейна

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гримшоу, Р. (2002). Стратифицированные потоки окружающей среды . Бостон: Kluwer Academic Publishers.
  • Якобсон, М., (1999). Основы атмосферного моделирования . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета.
  • Наппо, К. (2002). Введение в атмосферные гравитационные волны . Бостон: Academic Press.
  • Пилке, Р. (2002). Мезомасштабное метеорологическое моделирование . Бостон: Academic Press.
  • Тернер, Б. (1979). Эффекты плавучести в жидкостях . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета.
  • Уайтмен, К. (2000). Горная метеорология . Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета.

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный сайт Mountain Wave Project
  • Хронологический сборник метеорологических данных, спутниковых снимков и изображений облаков горных волн в Барилоче, Аргентина (на испанском языке)
  • О сильных ветрах и фенском потеплении, связанном с горными волнами в западных предгорьях Южных Аппалачей
  • Исследование распространения сильных ветров, вызываемых горными волнами, вдоль западных предгорий Южных Аппалачей.