внутрішні хвилі
внутрішні хвилі
Внутрішні хвилі виникають в озерах і водосховищах при наявності вираженої і досить стійкою плотностной стратифікації. [. ]
Внутрішні хвилі впливають на процеси вертикального і горизонтального обміну, тому їх вивчення важливо для цілей гідробіології, гідрохімії і загальної екології водойми. [. ]
Внутрішні хвилі різних видів часто призводять до виникнення турбулентних вихорів, які сприяють в свою чергу трансформації і навіть руйнування хвильових коливань. З внутрішніми хвилями пов'язано також явище, яке отримало назву «мертва вода» через різке опору руху судна, що чиниться місцевим зустрічним перенесенням води. [. ]
Внутрішні хвилі - це хвилі, що виникають в товщі води океанів, морів і озер на поверхні розділу шарів води з різною щільністю. Внутрішні хвилі, так само як і поверхневі, можуть виникати під дією зовнішніх імпульсів, таких, як тривалі сильні вітри, зміни поля тиску атмосфери, Приливоутворюючої сили Місяця і Сонця, сейсмічні чинники, рух суден в різко стратифікованому море. [. ]
Внутрішні хвилі виникають на кордоні розділу шарів з різною щільністю, зазвичай мають періоди, що укладаються в діапазон зміни періодів стоячих хвиль або кілька перевищують цей діапазон [104, 202]. [. ]
Внутрішні хвилі і приливи. Поверхневі хвилі і приливи є найбільш важливі фізичні процеси, що впливають на опади і біоту на мілководді (гл. 9). Оскільки море є явно гетерогенним тілом, в верхніх декількох сотнях метрах водної товщі між приповерхневими горизонтами мінливої щільності, головним чином в термокліни, можуть також формуватися ундулирующий і внутрішні хвилі [тисяча чотиреста тридцять п'ять]. Такі внутрішні хвилі широко поширені і значно варіюють по амплітуді і періодичності. За амплітудою вони можуть перевищувати поверхневі хвилі, незважаючи на те що швидкість їх просування зазвичай невисока (5-300 см / с). Виявлено великомасштабні коливання на плотностних розділах, які мають приливної період і називаються внутрішніми приливами [1976]. [. ]
У внутрішніх водоймах шари різної щільності формуються в результаті нерівномірного прогрівання води. Різниця температури в сусідніх шарах слабо перемішуються озер може досягати влітку 10-15 ° С. У водосховищах при штильових умовах виражений стрибок температури з перепадом 5-7 ° С, а іноді і 10-12 ° С може сформуватися в жарку погоду за кілька годин. На кордоні стрибка температури при цьому можуть виникнути внутрішні хвилі. [. ]
Для внутрішніх хвиль, якими буквально пронизана майже вся товща вод Світового океану, істотно наявність зміна щільності в полі сили тяжіння. Наявність же вільної кордону не важливо. [. ]
Поле внутрішніх хвиль, які спостерігаються в природі, може бути описано як суперпозиція плоских хвиль з розподілом амплітуд, складових спектр цих хвиль. Властивості спектра хвиль, що спостерігається в океані, обговорюються в разд. 8.14. Насправді різні складові спектра не ведуть себе незалежно, як це передбачається в лінійної теорії, а впливають один на одного через нелінійні члени в рівняннях, які описують їх поведінку. Теоретичні дослідження хвильового взаємодії коротко розглянуті в розд. 8.13. Взаємодія хвиль є причиною поступового зміни діапазону хвиль з часом, причому ця зміна таке, що спектри, які спостерігаються в різних частинах океану, виявляються напрочуд подібними, і, отже, можуть бути наближено описані «універсальної» функцією. [. ]
Тоді внутрішня хвиля буде точно такий же, якою була б поверхнева гравітаційна хвиля, якби прискорення сили тяжіння дорівнювало ц замість g. Це випливає з того, що саме g /, а не g визначає тепер різниця тисків (див. Розд. 5.1). [. ]
Теорія внутрішніх хвиль розроблена давно, причому вона може бути застосована не тільки до водного середовища, а й до атмосфери, в якій також нерідко виникають потужні шари повітря різної щільності, що рухаються один відносно іншого. Хорошим індикатором таких хвиль в атмосфері можуть служити хвилясті хмари. [. ]
ЗОВНІШНЯ ХВИЛЯ. Хвиля в рідини, з максимальною амплітудою на зовнішньої або вільної поверхні рідини. [. ]
МОРСЬКІ ХВИЛІ. Хвилі на поверхні моря, найчастіше вітрові, т. Е. Обумовлені розходженням швидкостей вітру і поверхневого течії, створюваного вітром ж. Енергія руху повітря при цьому частково передається воді. Крім того, відомі хвилі приливні, сейсмічні (створювані землетрусами), баричне (під впливом змін тиску) і т. Д. Внутрішні хвилі створюються на поверхнях розділу водних мас внаслідок відмінностей у їх швидкості. [. ]
Вимірювання внутрішніх хвиль в океані зазвичай підтверджують це співвідношення в тому, що спектр Е / N на різних глибинах майже один і той же, і виразно вказують, що його зміна набагато менше зміни спектра Е (див. Наприклад, [89]). [. ]
Якщо довжина хвилі нерівностей поверхні досить мала (k> N / U), то внутрішні хвилі не можуть існувати в нижній середовищі, тому можна припускати, що вертикальне поширення енергії припиняється. Однак це не так, тому що експоненціально убуває рішення (6.8.8) завжди дає деяке рух, хоча і слабке, при z - H, і цей рух може породити хвилі в верхньому шарі, де вертикальне поширення можливо. [. ]
Для внутрішніх хвиль (обертання немає) поверхнями постійної частоти в просторі хвильових чисел, як показано, є конуси, контури яких визначаються величинами a / N, де ш - частота, а N - частота плавучості. Групова швидкість направлена перпендикулярно конусу в-направ-лення зростання частоти, як показано одним видом стрілок, тоді як фазова швидкість направлена уздовж конуса від початку координат, як показано іншим видом стрілок.
Таким чином, внутрішні хвилі можуть мати будь-яку частоту між нулем і максимальним значенням N. Як зазначив Релей (1883) [656, с. 174], «на противагу тому, що зустрічається в більшості вібруючих систем, існує межа швидкості вібрації, але не її повільності». [. ]
Для того щоб виділити внутрішні хвилі в океані і атмосфері, необхідно знати, як змінюються в просторі і в часі компоненти швидкості і обурення тиску і як пов'язані різні змінні між собою. Для біжучих хвиль ці зв'язки (поляризаційні співвідношення) знаходяться підстановкою хвильового рішення виду (8.4.12) до відповідних рівняння. [. ]
Джерелом виникнення внутрішніх хвиль зазвичай є місцеве порушення стану рівноваги на межі поділу вод різної щільності. Частинки рідини, будучи виведеними з стану рівноваги, починають коливатися під дією сили тяжіння і сили Архімеда біля положення рівноваги і віддалятися від джерела обурення, охоплюючи частково сусідні шари з різною щільністю. [. ]
На практиці гравітаційні внутрішні хвилі ніколи не мають в точності виду (6.5.1), тому необхідно розглядати суперпозицію таких хвиль. Дисперсійні ефекти стають очевидними, коли різні хвилі мають різні фазові швидкості, як було показано в розд. 5.4. Дисперсія внутрішніх хвиль абсолютно відмінна від дисперсії поверхневих хвиль; одна з причин цього полягає в тому, що частота внутрішніх волі не залежить від модуля хвильового вектора, тоді як частота поверхневих хвиль не залежить від напрямку хвиль. [. ]