Fala Kelvina

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Fala Kelvinafala w oceanie lub atmosferze powstająca na skutek zaburzenia ruchu wody lub powietrza spowodowana przez siłę Coriolisa na linii brzegowej ląd-ocean lub atmosferze i oceanie tropikalnym.

Podstawowy opis fal w atmosferze tropikalnej i fal Kelvina został opisany przez Matsuno w 1966 roku[1].

Oceaniczne fale Kelvina[edytuj | edytuj kod]

W oceanie blisko kontynentu fala Kelvina porusza się równolegle do brzegu i nie ma składowej prędkości normalnej do brzegu.

Równikowe fale Kelvina[edytuj | edytuj kod]

Podobne zjawisko zachodzi w oceanie tropikalnym, np. na Pacyfiku. Jeżeli następuje lokalne zwiększenie prędkości wiatru z kierunku zachodniego (tzw. "westerly bursts"), wywoływany jest przepływ wody w oceanie z zachodu na wschód. Na samym równiku siła Coriolisa znika. Poza nim, na półkuli północnej, siła ta odchyla cząstki wody na prawo od kierunku przepływu – czyli w kierunku z północy na południe. Z drugiej strony na półkuli południowej następuje odchylenie cząstek wody na lewo od kierunku przepływu, czyli z południa na północ. Powoduje to konwergencję wody na równiku i jej spływ w dół. Jest to wymuszana w dół fala Kelvina (ang. downwelling Kelvin wave). Wymuszane w dół fale Kelvina powodują depresję (obniżenie) termokliny w oceanie. Z powodu tego ruchu pojemność cieplna oceanu w tym obszarze zwieksza się. Fale Kelvina można także zaobserwować z satelitarnych pomiarów wysokości oceanu (altymetria satelitarna). Fala ta nazywa się falą Kelvina schwytaną równikowo (ang. equatorially trapped Kelvin waves). W tym przypadku równik spełnia rolę "brzegu". Fala Kelvina jest symetryczna względem równika, a cząstki wody oscylują równolegle do równika. Amplituda oscylacji maleje wraz z odległością od równika. Prędkość rozchodzenia się fal Kelvina jest taka sama jak fal grawitacyjnych na płytkiej wodzie i wynosi około 2,8 m/s. Fale takie przemieszczają się przez Pacyfik przez około 2 miesiące. Bezpośrednie obserwacje fal Kelvina uzyskano w sposób przekonywający z pomiarów ze stacjonarnych systemów pomiarowych TOGA TAO w latach 1980. Większość gwałtownych porywów wiatru ma większą składową prędkości z zachodu na wschód niż z zachodu na wschód i wymuszane w dół fale Kelvina występują częściej niż fale wymuszane do góry.

Fale Kelvina nie niosą ze sobą ciepła z zachodu na wschód. Wzrost pojemności cieplnej w oceanie jest związany z przemieszczaniem się zaburzenia prędkości i jest to zaburzenie, które wymusza lokalne zmiany pojemności cieplnej. Zmiany te podlegają relaksacji po przejściu fali Kelvina. Tak się dzieje w przypadku czystej fali Kelvina, w której zstępujący ruch wody ma charakter adiabatyczny. Dodatkowo w czystej fali Kelvina anomalie pojemności cieplnej są skorelowane z prędkością przesuwania się fali. Istnieją jednak sytuacje, kiedy przejście fali zwiększa lokalne gradienty prędkości, np. pomiędzy prądami EUC i SEC, co powoduje procesy diabatyczne i wzrost mieszania w oceanie. Fale Kelvina mogą mieć większą prędkość przemieszczania się niż 2,8 m/s i są czasami związane z przesuwającymi się oscylacjami Maddena-Juliana. Obserwuje się też, że zmiany pojemności cieplnej i prędkość propagacji fali są przesunięte w fazie.

Atmosferyczne fale Kelvina[edytuj | edytuj kod]

W atmosferze tropikalnej fale Kelvina mają podobną strukturę do fal Kelvina w oceanie. W fali Kelvina siła gradientu ciśnienia jest w równowadze geostroficznej z polem prędkości. Fale Kelvina nie ulegają dyspersji.

Przypisy

  1. Matsuno, T., 1966, Quasi-geostrophic motions in the equatorial aera, J. Meteorol. Soc. Japan, 44, 25-43