В метеорологии , подветренные волны являются атмосферные стационарные волны. Самая распространенная форма - это горные волны , которые представляют собой атмосферные внутренние гравитационные волны . Они были обнаружены в 1933 году над Крконоше двумя немецкими пилотами-планеристами , Хансом 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 вокруг первого желоба образуется турбулентный вихрь , ось вращения которого параллельна горному хребту ; 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 ]
Волны Ли - это форма внутренних гравитационных волн, возникающих, когда устойчиво стратифицированный поток преодолевает препятствие. Это нарушение 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, отклоненные от вертикальной оси под углом в, будут происходить с меньшей частотой, равной . 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 воздушной частицы), что является направлением групповой скорости волны . Напротив, фазовое распространение (или фазовая скорость ) волн направлено перпендикулярно передаче энергии (или групповой скорости ). [6] [7]
Облака [ править ]
Как подветренные волны, так и ротор могут быть обозначены определенными волновыми облачными образованиями, если в атмосфере достаточно влаги и достаточно вертикального смещения для охлаждения воздуха до точки росы . Волны также могут образовываться в сухом воздухе без маркеров облачности. [4] Волновые облака не движутся по ветру, как обычно, а остаются фиксированными в своем положении относительно препятствия, которое их образует.
- Вокруг гребня волны, адиабатическое охлаждение расширения может образовывать облако в форме о наличии линзы ( линзообразной ). Несколько линзовидных облаков можно накладывать друг на друга, если наверху 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 также может 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 полета на волнах по скорости, расстоянию или высоте были достигнуты в подветренной части горных хребтов Сьерра-Невада , Альп , Патагонских Анд и Южных Альп . [8] Проект Perlan работает над тем, чтобы продемонстрировать жизнеспособность лазания выше тропопаузы на планере без двигателя с использованием подветренной волны, переходящей в стратосферные стоячие волны. Впервые они сделали это 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 летательных аппаратов, 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 в полете двигателя самолета Boeing Evergreen International Airlines. Грузовой самолет 747 недалеко от Анкориджа, Аляска, в 1993 году. [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 самолет эксплуатируется около « угла гроба ».
Другие разновидности атмосферных волн [ править ]
Существует множество различных 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 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, 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 могут отличать их возвышающееся рулонное облако, и наблюдались на Sierra Nevada диапазоне [16] а также горные цепи в южной Калифорнии.
- Гидростатические волны - это волны , распространяющиеся по вертикали, 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 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 возникать, когда в непрерывной жидкости присутствует сдвиг скорости или когда существует значительная 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 ]
- ↑ 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.
- ^ 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 .
- ^ "Статья о волновом подъеме" . Проверено 28 сентября 2006 .
- ^ 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, поскольку нестабильный слой ниже и выше стабильного слоя создает то, что можно описать как трамплин, по которому устойчивый слой подпрыгивает, когда гора начинает колебаться.
- ^ Дэвид М. Гаффин, Стивен С. Паркер и Пол Д. Кирквуд (2003). «Неожиданно сильный и сложный снегопад в Южном регионе Аппалачей» . 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 )
- ^ Гилл, Адриан Э. (1982). Динамика атмосферы и океана (1-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 9780122835223.
- ^ Durran, Dale R. (1990-01-01). «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.
- ^ ФАИ скользя записи Архивировано 2006-12-05 в Wayback Machine
- ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2015-04-13 . Проверено 27 января 2015 .CS1 maint: archived copy as title (link)
- ^ Проект Perlan
- ^ Проект OSTIV-Mountain Wave
- ^ [1] Архивировано 3 марта 2016 г. на Wayback Machine -дата обращения 3 ноября 2009 г.
- ^ Lindemann, C; Heise, R .; Герольд, WD. (Июль 2008 г.). «Листья в регионе Анд, проект Mountain Wave (MWP) OSTIV». Технический взлет . Vol. 32 нет. 3. п. 93. ISSN 0744-8996 .
- ^ Отчет об аварии NTSB AAR-93-06
- ^ ЭКЕЙ, Bernard (2007). Продвинутое парение стало проще . Eqip Verbung & Verlag GmbH. ISBN 978-3-9808838-2-5.
- ^ Наблюдения за роторами, вызванными горами, и связанные с ними гипотезы: обзор Иоахима Кюттнера и Рольфа Ф. Гертенштейна
Дальнейшее чтение [ править ]
- Гримшоу, Р. (2002). Экологические стратифицированные потоки . 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 ]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с орографическими волнами . |
- 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 явлениями горных волн в западных предгорьях Южных Аппалачей
- Исследование распространения сильных ветров, вызываемых горными волнами, вдоль западных предгорий Южных Аппалачей.