Ли волна - Lee wave

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

В метеорология, подветренные волны находятся атмосферный стационарные волны. Самая распространенная форма - это горные волны, которые являются атмосферными внутренними гравитационные волны. Они были обнаружены в 1933 году двумя немецкими летчики-планеры, Ганс Дойчманн и Вольф Хирт, выше Крконоше.^[1][2][3]Они есть периодический изменения атмосферное давление, температура и ортометрическая высота в Текущий из воздуха вызвано вертикальным смещением, например орографический подъемник когда ветер дует над гора или же горный хребет. Они также могут быть вызваны приземным ветром, дующим над откос или же плато,^[4] или даже сильным ветром, отклоненным над тепловой восходящий поток или же облачная улица.

Вертикальное движение вызывает периодические изменения скорость и направление воздуха в этом воздушном потоке. Они всегда встречаются группами на Ли сторона местность это их запускает. Иногда горные волны могут способствовать увеличению количества осадков с подветренной стороны от горных хребтов.^[5] Обычно бурный вихрь, с этими ось вращения параллельно горному хребту образуется около первого впадина; это называется ротор. Наиболее сильные подветренные волны образуются, когда скорость отклонения показывает стабильный слой над препятствием, с нестабильным слоем сверху и снизу.^[4]

Основная теория

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 внутренние гравитационные волны производится, когда стабильно стратифицированный поток преодолевает препятствие. Это нарушение поднимает воздушные посылки выше их уровня. нейтральная плавучесть. Таким образом, силы, восстанавливающие плавучесть, возбуждают вертикальные колебание возмущенных воздушных посылок на Частота Бранта-Вяйсяла, что для атмосферы:

${\displaystyle N={\sqrt {{g \over \theta _{0}}{d\theta _{0} \over dz}}}}$, куда ${\displaystyle \theta _{0}(z)}$ это вертикальный профиль потенциальная температура.

Колебания отклонены от вертикальной оси под углом ${\displaystyle \phi }$ произойдет при более низком частота из ${\displaystyle N\cos {\phi }}$. Эти колебания воздушных частиц происходят согласованно, параллельно волновым фронтам (линиям постоянного фаза ). Эти волновые фронты представляют собой экстремумы возмущенного давление поля (т. е. линий самого низкого и самого высокого давления), а области между волновыми фронтами представляют собой экстремумы возмущенного плавучесть поле (т.е. области, наиболее быстро набирающие или теряющие плавучесть).

Энергия передается по волновым фронтам (параллельно колебаниям воздушной частицы), что является направлением волны. групповая скорость. Напротив, распространение фазы (или фазовая скорость ) точек волн перпендикулярно передаче энергии (или групповая скорость ).^[6][7]

Облака

Волновое окно над Долина Белоголового Орла центральных Пенсильвания как видно из планер смотрит на север. Ветровой поток идет сверху слева направо. В Аллегейский фронт находится под левым краем окна, восходящий воздух - у правого края, расстояние между ними 3–4 км.

Как подветренная волна, так и ротор могут обозначаться особыми Волновое облако образования, если в атмосфере достаточно влаги, и достаточное вертикальное смещение для охлаждения воздуха до точка росы. Волны также могут образовываться в сухом воздухе без маркеров облачности.^[4] Волновые облака не движутся по ветру, как обычно, а остаются фиксированными относительно препятствия, которое их образует.

• Вокруг гребень волны, охлаждение адиабатическим расширением может образовать облако в форма из линза (линзовидная мышца ). Множественные линзовидные облака можно накладывать друг на друга, если наверху чередуются слои относительно сухого и влажного воздуха.
• Ротор может генерировать кучевые облака или же кучевой разрыв 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 выступать над вершиной и сливаться с линзовидными облаками наверху. Облака ротора имеют рваные подветренные края и опасно турбулентны.^[4]
• А Фен Стеновое облако может существовать с подветренной стороны гор, однако это не является надежным признаком наличия подветренной волны.
• А пилеус или верховое облако, подобное линзовидному облаку, может образоваться над горным или кучевым облаком, генерирующим волну.
• Адиабатический компрессионный нагрев во впадине каждой волны колебания могут также испариться кучевые облака или же слоистые облака в масса воздуха, создавая «волновое окно» или «разрыв Фёна».

Авиация

Волны Ли дают возможность планеры получить высота или летать на большие расстояния, когда парящий. Мировые рекорды летных характеристик на волнах по скорости, дальности или высоте были установлены в непосредственной близости от моря. Сьерра-Невада, Альпы, Патагонский Анды, и Южные Альпы Горные хребты.^[8] В Проект Perlan работает, чтобы продемонстрировать жизнеспособность лазания выше тропопауза на планере без двигателя, использующем подветренные волны, что делает переход в стратосферный стоячие волны. Впервые они сделали это 30 августа 2006 г. в г. Аргентина, поднявшись на высоту 15 460 метров (50 720 футов).^[9][10] В Проект Mountain Wave из Организация Scientifique et Technique du Vol à Voile фокусируется на анализе и классификации подветренной волны и связанных 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 вредна для других мелких самолет Такие как шарики, дельтапланы и парапланы. Это может быть опасно даже для большого самолета; это явление считается ответственным за многие авиационные происшествия и инциденты, включая разрыв в полете BOAC, рейс 911, а Боинг 707, возле Гора Фудзи, Япония в 1966 г. и отделение двигателя в полете на Evergreen International Airlines Боинг 747 грузовой самолет рядом Анкоридж, Аляска в 1993 г.^[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 же ларек, в результате чего машинка и потеря управления, особенно когда самолет эксплуатируется вблизи "угол гроба ".

Другие разновидности атмосферных волн

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 встречает искажения в инверсионном слое, вызванные термики Поднимаясь снизу, он создает значительные поперечные волны в подветренной части искажений, которые можно использовать для парения.^[15]

• Гидравлические скачки индуцированные волны это 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 резкий вертикальный разрыв, называемый гидравлический прыжок формы, которые могут 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 катящимся облакам, и они наблюдались на Сьерра-Невада классифицировать^[16] а также горные цепи в южной Калифорнии.
• Гидростатические волны вертикально распространяющиеся волны, 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 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 произойти, когда в непрерывной жидкости присутствует сдвиг скорости, или когда существует достаточная разница скоростей на границе раздела двух жидкостей.
• Россби волны (или планетарные волны) - это крупномасштабные движения в атмосфере, восстанавливающая сила которых представляет собой изменение эффекта Кориолиса с широтой.

Смотрите также

• Гравитационная волна
• Северо-западная арка

Рекомендации

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 летчиком-планеристом Вольфом Хиртом (1900–1959), который написал об этом в: Wolf Hirth, Die hohe Schule des Segelfluges [Высшая школа полета 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 фенвеллы). 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 про волновой лифт». Получено 2006-09-28.
4. 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.
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. Дои:10.1007/978-1-935704-25-6_4. ISBN  9781935704256.
8. Рекорды FAI по планированию В архиве 2006-12-05 на Wayback Machine
9. «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2015-04-13. Получено 2015-01-27.
10. Проект Perlan
11. ОСТИВ-Проект Горная волна
12. [1] В архиве 2016-03-03 в Wayback Machine - дата обращения 03.11.2009.
13. Lindemann, C; Heise, R .; Герольд, В-Д. (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, Бернард (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

• 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.

внешняя ссылка

• 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.