惯性波

更新时间:2023-10-23 14:34

大气中的扰动在科氏力作用下会产生惯性,这种振荡在空间的传播上就形成惯性波,它是一种横波。

基本概念

惯性波指处于平衡位置的空气质点,由于某种原因受扰动后偏离平衡,在科里奥利力(简称科氏力)作用下形成的波动。由于其发生在大气内部,又称惯性内波。

波速公式

设大气是均质不可压的,并设基本气流为零( ),以及扰动与y无关或扰动在y向分布均匀,即 ,则z坐标系线性化方程组为:

其中 , 是示踪系数(滤波参数),表示大气满足静力平衡的程度,即

设波动在x方向传播,则波动解设为:

其中h为z方向波动的半波长。将上式代入第一个公式内得:

消去V、W、F,可得关于U的单一变量方程

因为(非零解),所以

若,有:

若,有:

惯性波的性质

惯性波是二维波,可同时在水平、垂直方向传播,主要是水平横波(南北振荡,东西向传播),双向传播。也是频散波,对于二维惯性波,其相速矢量与群速度矢量也是垂直的,但相速矢量和群速矢量的垂直分量相同,而水平分量相反。对大尺度运动:丨cx丨=16m/s;中尺度运动:丨cx丨=f/k=2m/s,属于慢波。

因为科里奥利参数,一常数,对应中尺度运动。故惯性波对中尺度运动有重要影响,但实际上,纯惯性波并不存在。科里奥利力、重力是同时起作用的,所以是以惯性——重力波这种混合波的形式出现,惯性——重力波又分为惯性——重力外波和惯性——重力内波。

滤波条件

(1)不设地球旋转(不计科里奥利力);

(2)设为静力平衡;

(3)设为水平无辐散;

(4)设为准地转运动

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