兰姆波

更新时间:2022-08-25 12:56

考虑地球旋转作用,在静力平衡大气中还可以产生一种只沿水平方向传播的特殊声波,称为兰姆波。其特点是:空气微团只做水平运动,静力平衡成立,水平尺度较大。兰姆波的相速大于绝热声速,是快波型波动。它与纯水平声波不同的是,它是频散波

定义

考虑地球旋转作用,在静力平衡大气中还可以产生一种只沿水平方向传播的特殊声波,称为兰姆波。其特点是:空气微团只做水平运动,静力平衡成立,水平尺度较大。

相关方程

扰动方程组

取静止大气作为基本大气状态,设 ,则由线性扰动方程组可得描写兰姆波的扰动方程组为:

上式中,k为波数,为初位相,c为波速,t为周期,v为频率。若初始无位温扰动,则由

可知,无位温扰动这也是兰姆波的一个重要性质。

静力平衡方程

上式是决定扰动铅直结构的方程。

频率方程

其解为 ,

对应的是定常解。

对应的是波动解,所以兰姆波的频率为

相速、群速

取,则相速、群速为

可见相速群速方向相同,但。兰姆波的相速大于绝热声速,是快波型波动。它与纯水平声波不同的是,它是频散波。由于,故扰动能量将穿过等位相面向后传播。

此外,兰姆波各扰动量在铅直方向是有变化的,扰动气压振幅随高度按指数减小。若在地面无气压扰,兰姆波只有在外部条件允许下才能存在。因外部条件作用才能存在的波动称为“外波”,故兰姆波属于外波型波动。

兰姆波的扰动气压随高度按指数减小,但扰动速度随高度几乎不改变,这是兰姆波铅直结构的主要特征。

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