Вікіпедія

Внутрішні хвилі: відмінності між версіями

Інтерактивний перегляд історії
[перевірена версія][перевірена версія]
← Попереднє редагуванняНаступне редагування →
Вилучено вміст Додано вміст
ВізуальнийВікірозмітка
Немає опису редагування
Рядок 2:
 
'''Внутрішні (інерційно-гравітаційні) хвилі''' — [[Гравітаційні хвилі (гідродинаміка)|гравітаційні хвилі]], які розповсюджуються всередині рідини, а не на її поверхні. Внутрішні хвилі є наслідком [[Стратифікація (гідрологія)|стратифікації]] [[Морська вода|морської води]] за [[Густина|густиною]] (через різницю [[Солоність морської води|солоності]] та/або [[Температура морської води|температури]]), коли шар менш щільної води опиняється над шаром більш щільної{{sfn|Писарев С.|}}.
 
== Фізика ==
Якщо, внаслідок [[Стратифікація (гідрологія)|стратифікації]] води, густина змінюється стрибкоподібно на невеликій відстані (як у випадку з [[Термоклин|термоклин]]ом, [[пікноклин]]ом, [[галоклин]]ом в озерах та океанах чи [[Інверсія температури|атмосферній інверсії]], хвилі поширюються горизонтально вздовж цієї поверхні розділу між шарами із різною густиною, подібно до поверхневих [[Гравітаційні хвилі (гідродинаміка)|гравітаційних хвиль]], які розповсюджуються на поверхні рідини. Але внутрішні хвилі розповсюджуються із меншими швидкостями, що визначаються різницею густини між шарами рідини знизу та над стрибком густини. Якщо ж густина змінюється неперервно, то хвилі можуть поширюватися як по вертикалі так і по горизонталі. Якщо таку систему піддати впливу, то, подібно маятнику, частинка, зміщена з положення своєї рівноваги, буде прагне туди повернутися, але за рахунок інерції проскочить це положення, та попаде у шар, де знов густина буде іншою, аніж у частинки, та повернеться назад.▼
 
Внутрішні хвилі, які також називаються внутрішніми гравітаційними хвилями та мають багато інших назв залежно від типу стратифікації рідини, механізму генерації, величини [[Амплітуда хвилі|амплітуд]] та зовнішніх сил, які спричинять появу цих хвиль. Якщо хвилі розповсюджуються горизонтально вздовж поверхні розділу стрибка густини, де густина швидко зменшується з висотою, то їх називають ''міжфазними (внутрішніми) хвилями''. Якщо такі хвилі мають велику амплітуду, їх називають ''внутрішніми усамітненими хвилями'', а за певних умов — ''внутрішніми [[солітон]]ами''. Якщо внутрішні хвилі генеруються потоком над різкими змінами рельєфу дна, то вони називаються — ''внутрішні [[підвітряні хвилі]]''. В океанах внутрішні хвилі, які утворилися [[приплив]]ами над підводними хребтами або [[Континентальний шельф|континентальним шельфом]], називають ''внутрішніми припливами''.▼
 
== Прояви в природі ==▼
Внутрішні хвилі в атмосфері можна побачити у вигляді хвильових хмар. На піках хвиль повітря піднімається та охолоджується при відносно низькому тиску, що призводять до конденсації водяної пари, якщо відносна вологість близька до 100 %. Хмари, які створюють внутрішні хвилі, що генеруються потоками повітря через пагорби, називаються [[Лентикулярні хмари|лінзоподібні хмари]] через їх схожий вигляд на лінзи. На півночі Австралії спостерігається явище — [[ранкова ґлорія]], яка також є проявом внутрішніх хвиль в атмосфері.▼
 
Внутрішні хвилі в океанічному термоклині можна побачити за допомогою супутникових знімків, оскільки хвилі збільшують шорсткість поверхні там, де сходяться горизонтальні потоки, і це збільшує розсіювання сонячного світла. Наприклад, над вузькою [[Гібралтарська протока|Гібралтарською протокою]] чітко видно внутрішні хвилі, спричинені припливними течіями, що проходять у широтному напрямку.▼
 
<small><gallery caption="" widths="" heights="" mode=packed perrow="" class= style=>▼
Everest - Polish International Mt Everest expedition 99.jpg|border|Лентикулярна хмара над Еверестом▼
MorningGloryCloudBurketownFromPlane.jpg|border|Ранкова ґлорія▼
InternalWaves Gibraltar ISS009-E-09952 54.jpg|border|Внутрішні хвилі в Гібралтарській затоці▼
</gallery></small>▼
 
== Фізика ==
Рядок 27 ⟶ 11:
 
Внутрішні хвилі утворюються здебільшого за допомогою припливних процесів. Баротропні припливи не залежать від стратифікації морської води, але від взаємодії рухомих мас води з [[Рельєф дна океанів|рельєфом дна океану]] енергія припливних хвиль перетворюється на внутрішні коливання на поверхнях розділу шарів з різною густиною{{sfn|Писарев С.|}}. Енергія припливів поступово передається від планетарних масштабів припливів до коливань меншого масштабу, руйнуючись з часом, і поступово віддаючи власну енергію в інші масштаби до найменшого&nbsp;— [[Турбулентність (механіка)|турбулентності]]. Ці процеси істотно перемішують води Світового океану, складаючи істотну частину процесів енергообміну Світового океану{{sfn|Писарев С.|}}.
 
▲Якщо, внаслідок [[Стратифікація (гідрологія)|стратифікації]] води, густина змінюється стрибкоподібно на невеликій відстані (як у випадку з [[Термоклин|термоклинтермоклином]]ом, [[пікноклин]]ом, [[галоклин]]ом в озерах та океанах чи [[Інверсія температури|атмосферній інверсії]], хвилі поширюються горизонтально вздовж цієї поверхні розділу між шарами із різною густиною, подібно до поверхневих [[Гравітаційні хвилі (гідродинаміка)|гравітаційних хвиль]], які розповсюджуються на поверхні рідини. Але внутрішні хвилі розповсюджуються із меншими швидкостями, що визначаються різницею густини між шарами рідини знизу та над стрибком густини. Якщо ж густина змінюється неперервно, то хвилі можуть поширюватися як по вертикалі так і по горизонталі. Якщо таку систему піддати впливу, то, подібно маятнику, частинка, зміщена з положення своєї рівноваги, буде прагне туди повернутися, але за рахунок інерції проскочить це положення, та попаде у шар, де знов густина буде іншою, аніж у частинки, та повернеться назад.
 
=== Висота внутрішніх хвиль ===
[[Файл:Рисунок волн.png|thumb|400px|]]
Висота внутрішньої хвилі тим більша, чим менша різниця щільності сусідніх шарів різної густини. Густина верхнього шару &nbsp;— <math>\rho_1</math>, його глибина (товщина) &nbsp;— <math>z_1</math>; густина нижнього шару &nbsp;— <math>\rho_2</math>, його глибина &nbsp;— <math>z_2</math>; висота поверхневих хвиль &nbsp;— <math>h_1</math>, внутрішніх &nbsp;— <math>h_2</math>.
 
Різницю густини шарів <math>\Delta \rho = \rho_2-\rho_1</math> вважаємо малою (<math>\rho_1 \approx \rho_2</math>). Висоту поверхневих хвиль також вважаємо незначною по відношенню до загальної глибини (<math>h_1 \ll z_1+z_2</math>). У такому разі можна наближено рахувати тиск на поверхню дна постійним. За такої умови можна записати рівняння:
Рядок 36 ⟶ 22:
<math>\rho_1gz_1 + \rho_2gz_2 = \rho_1g(z_1 + h_1 + h_2) + \rho_2g(z_2 - h_2).</math>
 
Складові такого рівняння &nbsp;— внесок до сумарного [[Гідростатичний тиск|тиску]] двох шарів взятих в різних ділянках хвиль.
 
Співвідношення висоти поверхневих хвиль до висоти внутрішніх:
Рядок 43 ⟶ 29:
 
Таким чином <math>h_2 \gg h_1</math>, якщо <math>\Delta \rho \ll \rho_1</math>. Тобто висота внутрішніх хвиль може багаторазово перевищувати висоту поверхневих хвиль за достатньої глибини водойми.
 
== Види ==
▲Внутрішні хвилі, які також називаються внутрішніми гравітаційними хвилями та мають багато інших назв залежно від типу стратифікації рідини, механізму генерації, величини [[Амплітуда хвилі|амплітуд]] та зовнішніх сил, які спричинять появу цих хвиль. Якщо хвилі розповсюджуються горизонтально вздовж поверхні розділу стрибка густини, де густина швидко зменшується з висотою, то їх називають ''міжфазними (внутрішніми) хвилями''. Якщо такі хвилі мають велику амплітуду, їх називають ''внутрішніми усамітненими хвилями'', а за певних умов&nbsp;— ''внутрішніми [[солітон]]ами''. Якщо внутрішні хвилі генеруються потоком над різкими змінами рельєфу дна, то вони називаються&nbsp;— ''внутрішні [[підвітряні хвилі]]''. В океанах внутрішні хвилі, які утворилися [[приплив]]ами над підводними хребтами або [[Континентальний шельф|континентальним шельфом]], називають ''внутрішніми припливами''.
 
▲== Прояви в природі ==
▲Внутрішні хвилі в атмосфері можна побачити у вигляді хвильових хмар. На піках хвиль повітря піднімається та охолоджується при відносно низькому тиску, що призводять до конденсації водяної пари, якщо відносна вологість близька до 100&nbsp;%. Хмари, які створюють внутрішні хвилі, що генеруються потоками повітря через пагорби, називаються [[Лентикулярні хмари|лінзоподібні хмари]] через їх схожий вигляд на лінзи. На півночі Австралії спостерігається явище&nbsp;— [[ранкова ґлорія]], яка також є проявом внутрішніх хвиль в атмосфері.
 
▲Внутрішні хвилі в океанічному термоклині можна побачити за допомогою супутникових знімків, оскільки хвилі збільшують шорсткість поверхні там, де сходяться горизонтальні потоки, і це збільшує розсіювання сонячного світла. Наприклад, над вузькою [[Гібралтарська протока|Гібралтарською протокою]] чітко видно внутрішні хвилі, спричинені припливними течіями, що проходять у широтному напрямку.
 
▲<small><gallery caption="" widths="" heights="" mode=packed perrow="" class= style=>
▲Everest - Polish International Mt Everest expedition 99.jpg|border|Лентикулярна хмара над Еверестом
▲MorningGloryCloudBurketownFromPlane.jpg|border|Ранкова ґлорія
▲InternalWaves Gibraltar ISS009-E-09952 54.jpg|border|Внутрішні хвилі в Гібралтарській затоці
▲</gallery></small>
 
=== Географія поширення в Світовому океані ===▼
Внутрішні хвилі в океані існують навіть за повного [[Штиль|штилю]] на поверхні. Вони мають універсальний для Світового океану [[спектр Гаррета — Манка]], який визначає вертикальний розподіл густини, що залежить від [[Широта|широти]] місця{{sfn|Писарев С.|}}. Частоти внутрішніх хвиль лежать в діапазоні, що його обмежують місцеве значення [[Частота Брента — Вяйсяля|частоти плавучості Брента&nbsp;— Вяйсяля]] та інерційна частота певної широти{{sfn|Писарев С.|}}. У [[Полярні зони|полярних районах]] вище за 75 паралель поверхневі баротропні припливи не можуть згенерувати внутрішні [[Бароклин|бароклинні]] припливи гідродинамічними факторами. Через що в [[Арктика|Арктиці]] спостерігаються лише спокійні внутрішні хвилі й не відбувається активне перемішування різних шарів морської води, тобто стратифікація виражена чіткіше{{sfn|Писарев С.|}}.▼
 
== Історія досліджень ==
Рядок 52 ⟶ 55:
 
{{цитата|Дане дослідження мертвої води було спричинено листом у листопаді 1898 року проф. Нансена, який питав моєї думки з цього приводу. В моїй відповіді я відмітив, що якщо шар прісної води лежить над солоною, то корабель генерує не тільки поверхневі хвилі на межі води та повітря але буде породжувати і невидимі хвилі на межі солоної та прісної води. Я передбачаю, що великий спротив що чиниться кораблем, обумовлено роботою, яка витрачається на генерацію цих хвиль.}}
 
▲== Географія поширення ==
▲Внутрішні хвилі в океані існують навіть за повного [[Штиль|штилю]] на поверхні. Вони мають універсальний для Світового океану [[спектр Гаррета — Манка]], який визначає вертикальний розподіл густини, що залежить від [[Широта|широти]] місця{{sfn|Писарев С.|}}. Частоти внутрішніх хвиль лежать в діапазоні, що його обмежують місцеве значення [[Частота Брента — Вяйсяля|частоти плавучості Брента&nbsp;— Вяйсяля]] та інерційна частота певної широти{{sfn|Писарев С.|}}. У [[Полярні зони|полярних районах]] вище за 75 паралель поверхневі баротропні припливи не можуть згенерувати внутрішні [[Бароклин|бароклинні]] припливи гідродинамічними факторами. Через що в [[Арктика|Арктиці]] спостерігаються лише спокійні внутрішні хвилі й не відбувається активне перемішування різних шарів морської води, тобто стратифікація виражена чіткіше{{sfn|Писарев С.|}}.
 
== Значення ==
Рядок 66:
== Література ==
* {{cite book |last = Sutherland |first = Bruce |title = Internal Gravity Waves |publisher = [[Cambridge University Press]] |date =October 2010 |isbn = 978-0-52-183915-0 |url = http://www.cambridge.org/ca/knowledge/isbn/item2715080/ |ref = cambridge |accessdate = 7 June 2013 }}
* {{cite book |last = Cushman-Roisin |first = Benoit |last2 = Beckers |first2 = Jean-Marie |title = Introduction to Geophysical Fluid Dynamics: Physical and Numerical Aspects |edition = Second |publisher = [[Academic Press]] |date =October 2011 |isbn = 978-0-12-088759-0 |url = http://www.elsevierdirect.com/product.jsp?isbn=9780120887590 }}
* {{cite book |last = Pedlosky |first = Joseph |title = Geophysical Fluid Dynamics |url = https://archive.org/details/geophysicalfluid00jose |url-access = registration |edition = Second |publisher = [[Springer-Verlag]] |year = 1987 |isbn = 978-0-387-96387-7 }}
* {{cite book |last=Tritton |first=D. J. |author1-link=David Tritton |title = Physical Fluid Dynamics |edition = Second |year = 1990 |publisher = [[Oxford University Press]] |isbn = 978-0-19-854489-0 |ref = harv }}
* {{cite book |last=Thomson |first= R. E. |year = 1981 |title = Oceanography of the British Columbia Coast (Canadian Special Publication of Fisheries & Aquatic Sciences) |publisher = Gordon Soules Book Pub |isbn = 978-0-660-10978-7 }}
 
* {{ref-ru}} {{книга |автор =Гилл А. |заголовок =Динамика атмосферы и океана : В 2-х т. |том = 2 |видання = |місце = {{comment|М.|Москва}} |видавництво =Мир |рік = 1986 |сторінок = 415|isbn = |ref=Гилл А. }}
Отримано з https://uk.wikipedia.org/wiki/Внутрішні_хвилі