大气波动

地球大气在重力、惯性力、科里奥利力或层结等因素作用下所发生的各种振荡(见大气中的作用力、大气静力稳定度)。主要包括声波、重力波、惯性重力波、声重力波(纪层见大气次声波)、行星波、开尔文波和罗斯比-重力混合波(见热带平流层波动)。

• 中文名 大气波动
• 类别1 声波
• 类别3 惯性重力波
• 类别2 重力波

简介

　　实际大气中所观测到的波动强己，往往是由各种不同振幅和不同波速(或频率)的单色波叠加而成的所谓波群。波群和单波的传播速度往往不同:波群传播的速度称为群速度cg，单波传播的速度称为相速度c。

声波

　　在可压缩的大气中，声源的振动，使邻近空气产生压缩和膨胀，形成了具有弹性振荡性质的大气波动，称为声波(见大气声学)。它属于纵波，可以沿任一方向传播况同感这亮局序重修。

惯性重力波

　　具有远微一定层结的大气，在来自重力和科里奥利力的作用下形360百科成的波动。它和重力波一样，也可分为惯性重力外波和惯性重力内波两种。它们的波速分别为

　　f为科里奥利参数。惯性重力外波和惯性重力内波都是频散波，它们的群速度必婷爱娘告分别为

　　惯性重力内波是大气中尺度运动(水平尺度l的量级约为102公里)过程中的主要波动,许多中尺度的天气现象都和惯性重力内波的活动密切相关。

　　长波 当西风带气流有南北扰动时，由于科里奥利参数f随纬度变化而产生的大气波动。因为地球大气中的这种波动最早是由瑞典气象学家C.-G.罗斯比研究的，所以证月又称为罗斯比波。这配误置扩地是属领吗化黄种波的水平尺度与地球半径相当花， 所以又称行星波。 揭示行星波特征的主要参数为,称为罗斯比参数，它表征科里奥利参数f随纬度的变化(RE为地球平均半径,ω为地球自转角速度,φ为纬度黑满)。行星波主要是在β的作用下产答史华少将远环素况做生的:根据绝对涡度守恒(见大气动力方程)原理,对起始位于O点的气块(图2),设其初始铅直涡度ξ为零，气块运动速度的南北分量为v。在它受扰动之后，略为向北(v>0状配府祖阿本分)移动而达到A点的过程中石都较,f(=2ωsinφ)增大;但因绝对涡度守恒,ξ将从0变成负值，使气块的轨迹形成反气旋式的弯曲。气块再向北移动,到达B点时,反气旋式涡度达最大值，这时v=0,气块不能继续向北,转而向南运动(v<0)。在这个听检给这灯具们过程中，f减少，但因绝对涡度守恒，使铅直涡度逐步增加。当它到达和O点纬度相同的C点时，ξ重新变为零;随后再向南移，f继续减小，ξ又变为正量，使气块的轨迹形成气旋式的弯曲。它到达D点时，气旋式涡度达最大值课调号,v=0,该气块又转而核分向北运动。如此不断地进行，就形成了长波，并向东(或西)传播。

　　在这张美国宇航局卡西尼探测器拍摄的图像上可以清楚的看到这个巨大的箭头性云止容防问批益己品层结构，位于土卫六赤道地区上空。它显示了这颗土星最大卫星上发生的季节性变化。这张图中可见的箭头状云层部分东西延伸超过1200公里，南北宽1500公里。

　　新浪科技讯 北京时间8月19日消息，根据一项最新研究结果，土卫六云层中观测到的神秘箭头型结构之谜或许已经被解开了，看起来这可能是一股扫过土卫六大气的波动所致。研究人员们表示这一结果将有助于科学家们更好地理解地球大气中发生的类似现象，尤其是在这样一个处于气候转变的时期，显得更加可贵。

　　2010年，美国宇航局卡西尼号土星飞船首次观测到土卫六上空的这一奇特云层结构。这块云非常巨大，延伸超过15治茶超殖刘妈张迅被凯否00公里。为了弄清这样跟缩与型助振赶亚叫那一个奇特的云块是如何形成的，加州大学洛杉矶分校的行星学家乔纳森·线上他错压督米歇尔(Jonathan M刘参觉环没始itchell)和他的同事们借助计算机三维气候模型进行土卫六大气运动模式的推营演。

　　神秘的波动

　　他们发现土卫六赤道附近的震荡波可以导致此种形状的云块出现。如果要更形象地理解这种震荡波是如何出现的，请想象一只葡萄酒杯发出纯共振音的景象。

　　米歇尔告诉记者说:"酒杯的震动受到其内部结构的限制，因而只能发出特定的声响，土卫六也是一样，"他说:"这就是整个系统发生的天然震荡，这一奇特的箭头状云块也仅仅是响应这种特征振动波的必然反映。"

　　这种反常的云块结构会造成比常规降水强度强20倍的强降雨，从而对土卫六地表过程的塑造起到关键性的作用。大量的"雨水"造成剧烈冲刷侵蚀，这可以解释土卫六表面存在的一些宽阔的冲刷深谷。但是土卫六上的"雨水"可不是水，而是碳氢化合物。

　　更多神秘云块?

　　至于未来的研究方向，米歇尔表示可以综合整个卡西尼项目收集的数据来寻找其它独特的云块结构:"很有可能我们可以再次找到类似的云块结构并重复进行分析，从而进一步加深我们对土卫六气候模式的理解。"

　　与此同时，这些来自土卫六的研究同样可以对地球有所启发，因为从本质上而言，土卫六和地球非常相像。科学家们已经发现土卫六大气表现出的一些特征和地球赤道部分热带大气的性质非常相像。只是在地球上仅仅局限在热带地区的现象在土卫六上似乎扩展到了全球的范围。

　　"这种全球性质的波动形成了土卫六上的狂暴降雨云团，这和地球热带地区大气产生风暴的过程非常类似，尽管在地球上这种过程没有土卫六上那么明显，"米歇尔说:"我希望针对土卫六的研究将最终有助于我们弄清地球气候变化中出现的天气模式。"

重力内波

　　发生于稳定层结大气中的波动。在这种大气中，起始位于气压为P0高度的气块(图1)受扰动之后，铅直向上移动到气压为PA的高度时，气块温度因干绝热膨胀而下降到TA，它低于环境温度T′A。这时，产生的净阿基米德浮力，使该气块不能继续上升。气块在重力作用下，又开始返回，到达起始位置Po，这时因为惯性的缘故，它越过Po继续下移，在下移的过程中，它因干绝热压缩而增温，到PB的高度时具有气温TB，因为TB高于环境空气的温度T′B，气块又将在净阿基米德浮力作用下重新向上运动。如此，气块将围绕平衡位置(P0所在的高度)振荡，就形成了重力内波。

公式

重力波

　　在具有一定层结(空气密度或气温具有一定的铅直分布)的大气中，空气在重力和铅直惯性力作用下，围绕某一平衡位置将产生振荡现象，这种振荡向四周传播形成波动，称为重力波，它属于横波。

　　重力波在大气中分为外波和内波两种:

　　重力外波 发生于大气上下边界或理想自由面上的波动。它可以沿任一水平方向传播而强度不减，其波速为g为重力加速度,为大气标高(均质大气高度)。重力外波相当于一般流体中的浅水波，是一种快波。其波速接近于300米/秒，波长远大于流体的深度。