Lee Wave - Lee wave

Vinden strømmer mot et fjell og gir en første svingning (A) etterfulgt av flere bølger. De følgende bølgene vil ha lavere amplitude på grunn av den naturlige dempingen. Linseformede skyer fast på toppen av strømmen (A) og (B) vil virke immobile til tross for sterk vind.

I meteorologi , lee bølger er atmosfæriske stasjonære bølger. Den vanligste formen er fjellbølger , som er atmosfæriske indre tyngdekraftsbølger . Disse ble oppdaget i 1933 av to tyske seilflypiloter , Hans Deutschmann og Wolf Hirth , ovenfor Krkonoše . De er periodiske endringer i atmosfærisk trykk , temperatur og ortometriske høyde i en strøm av luft som følge av vertikal forskyvning, f.eks orografisk løft når vinden blåser mer enn en fjell eller fjellområde . De kan også være forårsaket av overflate vind som blåser over en forkastning eller platå , eller til og med ved hjelp av øvre vinder avbøyes over et termisk stigetrekk eller sky gate .

Den vertikale bevegelsen tvinger periodiske endringer i luftens hastighet og retning i denne luftstrømmen. De forekommer alltid i grupper på lee -siden av terrenget som utløser dem. Noen ganger kan fjellbølger bidra til å øke nedbørsmengden nedover vinden i fjellkjeder. Vanligvis genereres en turbulent virvel , med rotasjonsaksen parallell med fjellkjeden, rundt det første trau ; dette kalles en rotor . De sterkeste le -bølgene produseres når forløpsfrekvensen viser et stabilt lag over hindringen, med et ustabilt lag over og under.

Sterk vind (med vindkast over 100 mph) kan opprettes ved foten av store fjellkjeder med fjellbølger. Disse sterke vindene kan bidra til uventet vekst og spredning av brannfyr (inkludert brannbrannene i Great Smoky Mountains i 2016 da gnister fra et brann i Smoky Mountains ble blåst inn i områdene Gatlinburg og Pigeon Forge).

Grunnleggende teori

Et laboratoriumseksperiment med væskedynamikk illustrerer flyt forbi et fjellformet hinder. Nedstrøms bølgetopper stråler oppover med sin gruppehastighet som peker omtrent 45 ° fra horisontal. En nedadgående jetstråle kan sees i fjellet, et område med lavere trykk, forsterket turbulens og periodisk vertikal forskyvning av væskepakker. Vertikale fargelinjer indikerer at effekter også kjennes oppstrøms for fjellet, et område med høyere trykk.

Lee -bølger er en form for indre tyngdekraftbølger som produseres når en stabil, lagdelt strømning tvinges over et hinder. Denne forstyrrelsen løfter luftpakker over nivået på nøytral oppdrift . Oppdriftsgjenopprettende krefter virker derfor for å stimulere en vertikal svingning av de forstyrrede luftpakker ved Brunt-Väisäla-frekvensen , som for atmosfæren er:

, hvor er den vertikale profilen til potensiell temperatur .

Oscillasjoner vippet av den vertikale aksen i en vinkel på vil forekomme ved en lavere frekvens på . Disse svingningene i luftpakken skjer samtidig, parallelt med bølgefrontene (linjer med konstant fase ). Disse bølgefronter representerer ytterpunkter i det perturberte trykkfeltet (dvs. linjer av laveste og høyeste trykk), mens partiene mellom bølgefrontene representerer ytterpunkter i den perturbert oppdrifts felt (dvs. områdene mest raskt økende eller mister oppdrift).

Energi overføres langs bølgefrontene (parallelt med luftpakkesvingninger), som er retningen til bølgegruppens hastighet . I motsetning til dette faseforplantnings (eller fasehastigheten ) av bølgene som peker vertikalt ned energi overføring (eller gruppehastighet ).

Skyer

Et bølgevindu over Bald Eagle Valley i sentrale Pennsylvania sett fra en seilfly som ser nordover. Vindstrømmen er fra øvre venstre til nedre høyre. Den Allegheny Foran er under venstre kant av vinduet, er den stigende luft ved den høyre kant, og avstanden mellom dem er 3-4 km.

Både le -bølger og rotoren kan indikeres av spesifikke bølgeskyformasjoner hvis det er tilstrekkelig fuktighet i atmosfæren, og tilstrekkelig vertikal forskyvning til å kjøle luften til duggpunktet . Bølger kan også dannes i tørr luft uten skymarkører. Bølgeskyer beveger seg ikke nedover vinden som skyer vanligvis gjør, men forblir faste i posisjon i forhold til hindringen som danner dem.

  • Rundt toppen av bølgen kan adiabatisk ekspansjonskjøling danne en sky i form av en linse ( lenticularis ). Flere lentikulære skyer kan stables oppå hverandre hvis det er vekslende lag med relativt tørr og fuktig luft oppe.
  • Rotoren kan generere cumulus eller cumulus fractus i den oppvoksende delen, også kjent som en "rullesky". Rotorskyen ser ut som en linje med kumulus. Den dannes på leesiden og parallelt med møllelinjen. Basen er nær høyden på fjelltoppen, selv om toppen kan strekke seg godt over toppen og kan smelte sammen med de lentikulære skyene over. Rotorskyer har fillete leeward -kanter og er farlig turbulente.
  • Det kan finnes en foehn -sky på lee -siden av fjellene, men dette er ikke en pålitelig indikasjon på tilstedeværelsen av le -bølger.
  • En pileus- eller lokksky, som ligner på en lentikulær sky, kan danne seg over fjellet eller cumulusskyen som genererer bølgen.
  • Adiabatisk komprimeringsoppvarming i bunnen av hver bølgesvingning kan også fordampe cumulus- eller stratusskyer i luftmassen , og danne et " bølgevindu " eller "Foehn -gap".

Luftfart

Lee -bølger gir seilfly muligheten til å få høyde eller fly lange avstander når de svever . Verdensrekordbølgeflyprestasjoner for hastighet, avstand eller høyde er gjort i fjellene i Sierra Nevada , Alpene , de patagoniske Andesfjellene og de sørlige Alpene . Den Perlan Prosjekt arbeider for å demonstrere gjennomførbarheten av å klatre over den tropopause i en strømløs glider ved hjelp av Lee bølger, slik at overgangen til stratosfæriske stående bølger. De gjorde dette for første gang 30. august 2006 i Argentina , og klatret til en høyde på 15.460 meter (50.720 fot). The Mountain Wave Prosjekt av Organisasjonen Scientifique et Technique du Vol à Voile fokuserer på analyse og klassifisering av lee bølger og tilhørende rotorer.

Forholdene som favoriserer sterke le -bølger egnet for skyhøye er:

  • En gradvis økning i vindhastighet med høyde
  • Vindretning innen 30 ° vinkelrett på fjellryggen
  • Sterk vind i lav høyde i en stabil atmosfære
  • Ridgetop -vind på minst 20 knop

Rotorturbulensen kan være skadelig for andre små fly som ballonger , hanggliders og paragliders . Det kan til og med være en fare for store fly; fenomenet antas å være ansvarlig for mange luftfartsulykker og hendelser , inkludert oppbrudd i flyvningen av BOAC Flight 911 , en Boeing 707 , nær Mount Fuji , Japan i 1966, og separasjonen av en motor på en Evergreen International Airlines Boeing 747 lastfly nær Anchorage, Alaska i 1993.

Den stigende luften i bølgen, som gjør det mulig for seilfly å klatre til store høyder, kan også resultere i stor høyde forstyrret i jetfly som prøver å opprettholde nivå cruising i lee -bølger. Stigende, synkende eller turbulent luft i eller over le -bølgene kan forårsake for høy hastighet eller gå i stå , noe som kan føre til mach tuck og tap av kontroll, spesielt når flyet opereres i nærheten av " kistehjørnet ".

Andre varianter av atmosfæriske bølger

Hydrostatisk bølge (skjematisk tegning)

Det finnes en rekke forskjellige typer bølger som dannes under forskjellige atmosfæriske forhold.

  • Vindskjær kan også skape bølger. Dette skjer når en atmosfærisk inversjon skiller to lag med en markant forskjell i vindretning. Hvis vinden støter på forvrengninger i inversjonslaget forårsaket av at termikk kommer opp nedenfra, vil det skape betydelige skjærbølger i forvrengningens lee som kan brukes til å skyve.
  • Hydrauliske hoppinduserte bølger er en bølgetype som dannes når det eksisterer et lavere luftlag som er tett, men likevel tynt i forhold til størrelsen på fjellet. Etter å ha strømmet over fjellet, dannes en type sjokkbølge ved strømmen, og en skarp vertikal diskontinuitet kalles de hydrauliske hoppformene som kan være flere ganger høyere enn fjellet. Det hydrauliske hoppet ligner en rotor ved at det er veldig turbulent, men det er ikke så romlig lokalisert som en rotor. Selve det hydrauliske hoppet fungerer som en hindring for det stabile luftlaget som beveger seg over det, og derved utløser bølge. Hydrauliske hopp kan kjennetegnes ved sine ruvende rulleskyer, og har blitt observert på Sierra Nevada -serien samt fjellkjeder i Sør -California.
  • Hydrostatiske bølger er vertikalt forplantende bølger som dannes over romlig store hindringer. I hydrostatisk likevekt kan trykket til en væske bare avhenge av høyde, ikke av horisontal forskyvning. Hydrostatiske bølger får navnet sitt ved at de omtrent overholder hydrostatikkens lover, dvs. trykkamplituder varierer hovedsakelig i vertikal retning i stedet for horisontal. Mens konvensjonelle, ikke-hydrostatiske bølger er preget av horisontale bølger av løft og synke, stort sett uavhengig av høyde, er hydrostatiske bølger preget av bølger av løft og synke i forskjellige høyder over samme bakkestilling.
  • Kelvin - Helmholtz ustabilitet kan oppstå når hastighetsskjæring er tilstede i en kontinuerlig væske eller når det er tilstrekkelig hastighetsforskjell på tvers av grensesnittet mellom to væsker.
  • Rossby-bølger (eller planetbølger) er store bevegelser i atmosfæren hvis gjenopprettende kraft er variasjonen i Coriolis-effekt med breddegrad.

Se også

Referanser

Videre lesning

  • Grimshaw, R., (2002). Miljøstratifiserte strømmer . Boston: Kluwer Academic Publishers.
  • Jacobson, M., (1999). Grunnleggende om atmosfærisk modellering . Cambridge, Storbritannia: Cambridge University Press.
  • Nappo, C., (2002). En introduksjon til atmosfæriske gravitasjonsbølger . Boston: Academic Press.
  • Pielke, R., (2002). Mesoskala meteorologisk modellering . Boston: Academic Press.
  • Turner, B., (1979). Oppdriftseffekter i væsker . Cambridge, Storbritannia: Cambridge University Press.
  • Whiteman, C., (2000). Fjellmeteorologi . Oxford, Storbritannia: Oxford University Press.

Eksterne linker