Fala grawitacyjna (mechanika cieczy)

Powierzchniowa fala grawitacyjna załamująca się na plaży.

Chmury falowe Theresa, Wisconsin, USA.

Fale grawitacyjne obserwowane z przestrzeni kosmicznej.

Zdjęcie satelitarne fal grawitacyjnych na zawietrznej wyspy wulkanicznej Île Amsterdam na Oceanie indyjskim.

Fala grawitacyjna (oscylacje wypornościowe) – w mechanice cieczy jest to fala utworzona przez siły wypornościowe i siłę grawitacji w stabilnie stratyfikowanym ośrodku lub na powierzchni dwóch warstw cieczy o różnej gęstości. W opisie zjawisk atmosferycznych i oceanograficznych jest to fala utworzona w stabilnie stratyfikowanym powietrzu lub wodzie, lub na powierzchni pomiędzy dwoma warstwami o różnych właściwościach.

Czyste atmosferyczne fale grawitacyjne mają okres oscylacji około 5-15 min. Ogólnie mówiąc, częstotliwość atmosferycznych fal grawitacyjnych zawiera się w przedziale częstotliwości Coriolisa i częstotliwości Brunta-Väisäli. Fale grawitacyjne w atmosferze mogą powstać tylko w stabilnej atmosferze, czyli wtedy kiedy temperatura potencjalna rośnie z wysokością nad powierzchnią Ziemi. Fale grawitacyjne tworzą się w atmosferze w różnych sytuacjach. Związane są m.in. z uliczkami chmur, głęboką konwekcją, stratyfikowanymi chmurami w obszarze stabilnej atmosfery.

Liniowa teoria fal grawitacyjnych

Równania ruchu fal grawitacyjnych w przypadku dwuwymiarowego przypływu powietrza w stabilnej atmosferze przy założeniu, że powietrze jest nieściśliwe a siła Coriolisa jest mało istotna można przedstawić w postaci

$\frac{\partial u}{\partial t} + u \frac{\partial u}{\partial x} + w \frac{\partial u}{\partial z}= -\frac{1}{\rho} \frac{\partial p}{\partial x}$

$\frac{\partial w}{\partial t} + u \frac{\partial w}{\partial x} + w \frac{\partial w}{\partial z}= -\frac{1}{\rho} \frac{\partial p}{\partial z}-g$

$\frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial w}{\partial z}=0$

$\frac{d b}{d z} + w N^2(z)=0$

gdzie u jest prędkością horyzontalną wiatru, w jest prędkością pionową, p jest ciśnieniem; $\rho$ jest gęstością powietrza, $\theta$ jest temperaturą potencjalną, $g$ jest stałą grawitacyjną.

Zobacz też

• Fale atmosferyczne

Bibliografia

• Dr. Steven Koch, Hugh D. Cobb, III and Neil A. Stuart, "Notes on Gravity Waves – Operational Forecasting and Detection of Gravity Waves Weather and Forecasting". NOAA, Eastern Region Site Server.
• Gill, A. E., "Gravity wave". Atmosphere Ocean Dynamics, Academic Press, 1982.

Linki zewnętrzne

• Water Waves Wiki