Rossbi to'lqini - Rossby wave

Rossbi to'lqinlanmoqda, shuningdek, nomi bilan tanilgan sayyora to'lqinlari, bir turi inertial to'lqin tabiiy ravishda aylanadigan suyuqliklarda uchraydi. ^[1] Ular birinchi tomonidan aniqlangan Karl-Gustaf Arvid Rossbi.Ular atmosfera va sayyoramizning aylanishi tufayli sayyoralar okeanlari. Atmosfera Rossbi to'lqinlanmoqda Yer yuzida ulkan meanders balandlikdabalandlik shamollar katta ta'sir ko'rsatadigan ob-havo. Ushbu to'lqinlar bilan bog'liq bosim tizimlari va reaktiv oqim.^[2] Okean Rossbi to'lqinlanmoqda bo'ylab harakatlaning termoklin: okeanning iliq yuqori qatlami va sovuq chuqur qismi o'rtasidagi chegara.

Rossby to'lqin turlari

Atmosfera to'lqinlari

Meanders shimoliy yarim shar "s reaktiv oqim rivojlanayotgan (a, b) va nihoyat "tomchi" sovuq havoni (c) ajratish. Apelsin: issiqroq havo massalari; pushti: jet oqimi; ko'k: havoning sovuq massalari.

Atmosferadagi Rossby to'lqinlari. Ning saqlanishidan kelib chiqadi potentsial girdob va ta'sirlangan Koriolis kuchi va bosim gradyani. Aylanish natijasida suyuqlik shimoliy yarim sharda va janubiy yarim sharda chap tomonga harakatlanayotganda o'ngga buriladi. Masalan, ekvatordan shimoliy qutb tomon siljigan suyuqlik sharq tomon buriladi; tomonga qarab harakatlanadigan suyuqlik ekvator shimoldan g'arb tomon buriladi. Ushbu og'ishlarga Coriolis kuchi va potentsial girdobni saqlab qolish sabab bo'ladi, bu esa nisbiy vortisitning o'zgarishiga olib keladi. Bu konservatsiyani saqlashga o'xshaydi burchak momentum mexanikada. Yilda sayyora atmosfera, shu jumladan Yer, Rossby to'lqinlari Coriolis ta'sirining o'zgarishi bilan bog'liq kenglik. Karl-Gustaf Arvid Rossbi birinchi bo'lib bunday to'lqinlarni aniqladi Yer atmosferasi 1939 yilda va ularning harakatlarini tushuntirishga kirishdi.

Rossbyadagi quruqlikdagi to'lqinni uning to'lqinini aniqlash mumkin o'zgarishlar tezligi, to'lqin tepaligi bilan belgilangan, har doim g'arbiy qismga ega.^{[iqtibos kerak ]} Biroq, Rossby to'lqinlarining to'plangan to'plami, har ikkala tomonga ham ma'lum bo'lgan tomonga qarab harakatlanishi mumkin guruh tezligi. Umuman olganda, qisqaroq to'lqinlar sharqqa, uzun to'lqinlar g'arbga qarab guruh tezligiga ega.

Shartlar "barotropik "va"baroklinika "Rossby to'lqinlarining vertikal tuzilishini ajratish uchun ishlatiladi. Barotropik Rossby to'lqinlari vertikalda farq qilmaydi va eng tez tarqaladi. tezlik. Baroklinik to'lqin rejimlari esa vertikalda farq qiladi. Ular, shuningdek, sekinroq, tezligi sekundiga atigi bir necha santimetr yoki undan kam.^[3]

Rossby to'lqinlarining aksariyat tadqiqotlari Yer atmosferasida o'tkazilgan, Rossiyadagi Rossby to'lqinlari (odatda 4-6) keng ko'lamli meanders sifatida kuzatilishi oson. reaktiv oqim. Ushbu og'ishlar juda aniq bo'lganda, sovuq yoki iliq havo massasi ajralib chiqadi va past kuchga ega bo'ladi tsiklonlar va antisiklonlar navbati bilan va o'rta kengliklarda kunlik ob-havo sharoitlari uchun javobgardir. Rossbi to'lqinlarining harakati qisman Shimoliy yarim sharda sharqiy kontinental qirralarning, masalan Shimoliy-sharqiy Amerika Qo'shma Shtatlari va Sharqiy Kanada, nisbatan sovuqroq G'arbiy Evropa shu bilan birga kenglik.^[4]

Qutbga tarqaluvchi atmosfera to'lqinlari

Chuqur konvektsiya (issiqlik uzatish ) uchun troposfera paytida bo'lgani kabi, tropikadagi juda iliq dengiz sathlarida yaxshilanadi El-Nino voqealar. Ushbu tropik majburlash atmosfera havosidagi Rossby to'lqinlarini hosil qiladi, ular qutbga va sharqqa ko'chib o'tishga ega.

Qutbga tarqaluvchi Rossbi to'lqinlari past va yuqori kenglikdagi iqlimlar o'rtasida kuzatilgan ko'plab statistik aloqalarni tushuntiradi.^[5] Bunday hodisalardan biri to'satdan stratosfera isishi. Poleward-tarqaladigan Rossbi to'lqinlari Shimoliy yarim sharda o'zgaruvchanlikning muhim va aniq qismidir, chunki bu Tinch okeanining Shimoliy Amerika naqshlarida ifodalangan. Shunga o'xshash mexanizmlar Janubiy yarim sharda qo'llaniladi va qisman ichida kuchli o'zgaruvchanlikni tushuntiradi Amundsen dengizi viloyati Antarktida.^[6] 2011 yilda, a Tabiatshunoslik yordamida o'rganish umumiy aylanish modellari Tinch okeanining markaziy tropik harorati ko'tarilishi natijasida hosil bo'lgan Tinch okeanining Rossbi to'lqinlari Amundsen dengizi mintaqasining isishi bilan bog'liq bo'lib, qish va bahor kontinental isishiga olib keladi. Ellsworth Land va Mari Bird Land yilda G'arbiy Antarktida ortishi orqali reklama.^[7]

Rossbi boshqa sayyoralarda to'lqinlanmoqda

Atmosfera Rossby to'lqinlari, shunga o'xshash Kelvin to'lqinlar, atmosfera bilan har qanday aylanadigan sayyorada paydo bo'lishi mumkin. Veneradagi Y shaklidagi bulut xususiyati Kelvin va Rossbi to'lqinlariga tegishli.^[8]

Okean to'lqinlari

Okean Rossby to'lqinlari - bu okean havzasi ichidagi katta miqyosli to'lqinlar. Ular atmosferada Rossbi to'lqinlari bilan taqqoslaganda yuzlab kilometr tartibda (yuzada) metrgacha (termoklinada) past amplituda. Ular okean havzasidan o'tish uchun bir necha oy vaqt talab qilishi mumkin. Ular yutishadi momentum dan shamol stressi okean sathidagi qatlamda va o'zgaruvchanligi sababli iqlim o'zgarishini bildiradi majburlash, ikkalasi ham tufayli shamol va suzish qobiliyati. Barotropik va baroklinik to'lqinlar dengiz sathining balandligi o'zgarishini keltirib chiqaradi, ammo to'lqinlarning uzunligi ularni paydo bo'lishigacha aniqlashni qiyinlashtirdi. sun'iy yo'ldosh altimetriya. Sun'iy yo'ldosh kuzatishlar okean Rossby to'lqinlari mavjudligini tasdiqladi.^[9]

Baroklinik to'lqinlar, shuningdek, okeanning sezilarli siljishini hosil qiladi termoklin ko'pincha o'nlab metrga teng. Sun'iy yo'ldosh orqali olib borilgan kuzatuvlar Rossbi to'lqinlarining barcha bo'ylab ulkan rivojlanishini aniqladi okean havzalari, ayniqsa, past va o'rta kengliklarda. Ushbu to'lqinlar shunga o'xshash havzani kesib o'tish uchun bir necha oy yoki hatto yillar o'tishi mumkin Tinch okeani.

Rossby to'lqinlari isitishning muhim mexanizmi sifatida taklif qilingan Evropadagi okean, oy Yupiter.^[10]

Astrofizik disklardagi to'lqinlar

Rossby to'lqinlarining beqarorligi astrofizikada ham topilgan deb o'ylashadi disklar Masalan, yangi shakllanayotgan yulduzlar atrofida.^[11][12]

Rossby to'lqinlarining kuchayishi

Ushbu bo'lim kengayishga muhtoj. Siz yordam berishingiz mumkin unga qo'shilish. (2015 yil yanvar)

Shimoliy yarim sharda bir qator mintaqaviy ob-havoning keskin atmosfera aylanishining to'siqlari bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Rossby to'lqinlarining kvaziresonant kuchayishi. Bunga misollar 2013 yildagi Evropa toshqinlari, 2012 yil Xitoy toshqinlari, 2010 yil Rossiya issiqlik to'lqini, 2010 yil Pokistonda toshqinlar va 2003 yil Evropa issiqlik to'lqini. Hatto olib ketish Global isish hisobga oladigan bo'lsak, 2003 yildagi issiqlik to'lqini bunday mexanizmsiz juda qiyin bo'lishi mumkin edi.

Odatda erkin sayohat sinoptik - Rossby to'lqinlari va kvasistatsionar sayyora miqyosidagi Rossby to'lqinlari o'rta kenglik faqat zaif o'zaro ta'sirlar bilan. Tomonidan taklif qilingan gipoteza Vladimir Petouxov, Stefan Raxmstorf, Stefan Petri va Xans Yoaxim Schellnhuber, ba'zi holatlarda bu to'lqinlar o'zaro ta'sirlanib, statik naqsh hosil qiladi. Buning amalga oshishi uchun ular zonali (sharq-g'arbiy) to'lqin raqami to'lqinlarning har ikkala turi 6-8 oralig'ida bo'lishi kerak, sinoptik to'lqinlar ichida tutilishi kerak troposfera (energiya shunday qilib qochib ketmasligi uchun stratosfera ) va o'rta kenglik to'lqin qo'llanmalari sinoptik to'lqinlarning kvazistatsionar komponentlarini ushlashi kerak. Bu holda sayyora miqyosidagi to'lqinlar odatdagidan kuchli javob berishi mumkin orografiya va "kvaziresonans" tufayli termal manbalar va lavabolar.^[13]

Tomonidan 2017 yilgi tadqiqot Mann, Rahmstorf va boshqalar. texnogen fenomeni bilan bog'langan Arktikani kuchaytirish sayyora to'lqinlarining rezonansi va ob-havoning keskin hodisalariga.^[14]

Matematik ta'riflar

Erkin barotropik Rossby zonali oqim ostida chiziqli vortiklik tenglamasi bilan to'lqinlar

Boshlash uchun, zonal o'rtacha oqim, U, qaerda bezovta qilingan deb hisoblash mumkin U vaqt va makonda doimiydir. Ruxsat bering ${ displaystyle { vec {u}} = langle u, v rangle}$ umumiy gorizontal shamol maydoni bo'ling, qaerda siz va v shamolning tarkibiy qismlaridir x- va y- navbati bilan yo'nalishlar. Umumiy shamol maydoni o'rtacha oqim sifatida yozilishi mumkin, U, kichik bir bezovtalanish bilan, siz va v.

${ displaystyle u = U + u '(t, x, y) !}$

${ displaystyle v = v '(t, x, y) !}$

Bezovta o'rtacha zonal oqimga qaraganda ancha kichik deb taxmin qilinadi.

${ displaystyle U gg u ', v' !}$

Nisbatan girdob η, siz va v jihatidan yozilishi mumkin oqim funktsiyasi ${ displaystyle psi}$ (oqim funktsiyasi oqimni to'liq tavsiflaydigan divergent bo'lmagan oqimni nazarda tutadi):

${ displaystyle { begin {aligned} u '& = { frac { kısmi psi} { qismli y}} [5pt] v' & = - { frac { qismli psi} { qismli x}} [5pt] eta & = nabla times (u ' mathbf { hat { boldsymbol { imath}}} + v' mathbf { hat { boldsymbol { jmath}}} ) = - nabla ^ {2} psi end {aligned}}}$

Bezovtalanishdan oldin nisbiy girdobga ega bo'lmagan havo uchastkasini hisobga olish (bir xil) U girdobga ega emas), lekin sayyoraviy girdob bilan f kenglik funktsiyasi sifatida bezovtalik kenglikning biroz o'zgarishiga olib keladi, shuning uchun buzilgan nisbiy girdobni saqlash uchun o'zgarishi kerak potentsial girdob. Shuningdek, yuqoridagi taxmin U >> sen bezovtalanish oqimi nisbiy vortisitga mos kelmasligini ta'minlaydi.

${ displaystyle { frac {d ( eta + f)} {dt}} = 0 = { frac { kısmi eta} { qisman t}} + U { frac { qismli eta} { qisman x}} + beta v '}$

bilan ${ displaystyle beta = { frac { qismli f} { qisman y}}}$. Quyidagi narsalarni olish uchun oqim funktsiyasi ta'rifini ulang:

${ displaystyle 0 = { frac { kısmi nabla ^ {2} psi} { qisman t}} + U { frac { qisman nabla ^ {2} psi} { qismli x}} + beta { frac { kısalt psi} { qisman x}}}$

Dan foydalanish aniqlanmagan koeffitsientlar usuli bilan harakatlanadigan to'lqinli echimni ko'rib chiqish mumkin zonal va meridional gullar k va ℓnavbati bilan va chastota ${ displaystyle omega}$:

${ displaystyle psi = psi _ {0} e ^ {i (kx + ell y- omega t)} !}$

Bu hosil qiladi dispersiya munosabati:

${ displaystyle omega = Uk- beta { frac {k} {k ^ {2} + ell ^ {2}}}}$

Zonal (xyo'nalish) o'zgarishlar tezligi va guruh tezligi Rossby to'lqinidan keyin berilgan

${ displaystyle { begin {aligned} c & equiv { frac { omega} {k}} = U - { frac { beta} {k ^ {2} + ell ^ {2}}}, [5pt] c_ {g} & equiv { frac { kısmi omega} { qismli k}} = U - { frac { beta ( ell ^ {2} -k ^ {2}) } {(k ^ {2} + ell ^ {2}) ^ {2}}}, end {aligned}}}$

qayerda v o'zgarishlar tezligi, v_g guruh tezligi, U o'rtacha g'arbiy oqim, ${ displaystyle beta}$ bo'ladi Rossby parametri, k bo'ladi zonali wavenumber va ℓ bo'ladi meridional gulchambar. Rossby to'lqinlarining zonaviy fazaviy tezligi o'rtacha oqimga nisbatan har doim g'arbga (sharqdan g'arbga qarab sayohat qilish) to'g'ri keladi U, ammo Rossby to'lqinlarining zonaviy guruh tezligi to'lqinlar soniga qarab sharqqa yoki g'arbga qarab bo'lishi mumkin.

Beta-ning ma'nosi

The Rossby parametri belgilanadi:

${ displaystyle beta = { frac { kısmi f} { qisman y}} = { frac {1} {a}} { frac {d} {d varphi}} (2 omega sin varphi) = { frac {2 omega cos varphi} {a}}}$

${ displaystyle varphi}$ kenglik, ω bo'ladi burchak tezligi ning Yerning aylanishi va a bu o'rtacha Yerning radiusi.

Agar ${ displaystyle beta = 0}$, Rossby to'lqinlari bo'lmaydi; Rossbi to'lqinlari o'zlarining kelib chiqishi sayyoralarning aylanish tezligi (sayyoralar girdobi) ning teginal tezligi gradyaniga bog'liq. "Tsilindr" sayyorada Rossby to'lqinlari yo'q. Bu shuni anglatadiki, har qanday aylanadigan, sharga o'xshash sayyora ekvatorida, shu jumladan Yerda ham Rossby to'lqinlari bo'ladi, shunga qaramay ${ displaystyle f = 0}$, chunki ${ displaystyle beta> 0}$. (Ekvatorial Rossbi to'lqini ).

Shuningdek qarang

• Atmosfera to'lqini
• Ekvatorial to'lqin
• Ekvatorial Rossbi to'lqini - matematik davolash
• Harmonik
• Kelvin to'lqini
• Qutbiy girdob
• Rossbi hushtagi

Adabiyotlar

Bibliografiya

• Rossbi, C.-G. (1939). "Atmosferaning zonaviy aylanishi intensivligining o'zgarishi va yarim doimiy ta'sir markazlarining siljishi o'rtasidagi bog'liqlik". Dengiz tadqiqotlari jurnali. 2: 38–55. doi:10.1357/002224039806649023.
• Platzman, G. V. (1968). "Rossbi to'lqini". Qirollik meteorologik jamiyatining har choraklik jurnali. 94 (401): 225–248. Bibcode:1968QJRMS..94..225P. doi:10.1002 / qj.49709440102.
• Dikkinson, R (1978). "Rossby to'lqinlari - Okeanlar va atmosferalarning uzoq muddatli tebranishlari". Suyuqlik mexanikasining yillik sharhi. 10: 159–195. Bibcode:1978 yil AnRFM..10..159D. doi:10.1146 / annurev.fl.10.010178.001111.

Tashqi havolalar

• Amerika meteorologik jamiyatidan Rossbi to'lqinlarining tavsifi
• Okean Rossby to'lqinlari va ularni sun'iy yo'ldosh ma'lumotlari bilan o'rganish
• Rossbi to'lqinlari va ekstremal ob-havo (Video)