Колебания сухого воздуха в атмосфере

Abstract

Введение. В статье рассматривается влияние рельефа местности и суточного вращения Земли на колебательные процессы в атмосфере. Показано, что результатом наложения двух колебательных процессов, обусловленных как собственными колебаниями, так и вынужденными (суточное вращение Земли), могут быть биения и резонанс. Материалы и методы исследований. Рассматриваются колебания в атмосфере, изначально находившейся в состоянии статики, вызванные начальным превышением температуры вблизи поверхности земли, рельефом местности и суточным вращением Земли. Для их описания используется система, в которую входят уравнение движения в форме Эйлера и выражения, учитывающие распределение температуры и давления воздуха с высотой. Без учета влияния осевого вращения планеты получаем простейшие уравнения колебаний. Показано, что начальные условия определяются превышением температуры вблизи поверхности земли и рельефом местности (орографией). В качестве другого примера рассматривается случай, когда вращение Земли вокруг своей оси приводит к значимым периодическим изменениям температуры. Результаты исследований и их обсуждения. На первом этапе проводится анализ решений уравнений колебаний без учета влияния суточного вращения Земли, делая акцент на орографию. Вблизи наклонной поверхности воздушные частицы получают дополнительный импульс, что приводит к возрастанию амплитуды колебаний скорости и температуры воздушного потока. Второй этап - получение решения для колебательных процессов, когда учитываются суточные изменения температуры воздуха. Если частота Брента-Вяйсяля совпадает с частотой суточного вращения Земли или их разница незначительна, то возникают такие явления, как резонанс или биения. Выводы. Показано, что в стандартной атмосфере осевое вращение планеты не сказывается на колебательных процессах в атмосфере, при этом учитывается рельеф местности. Однако имеет место быть случай, когда разница между вышеуказанными частотами крайне мала или нулевая (это возможно при Ау << Аустанд). Тогда происходит возрастание амплитуды колебаний, т.е. биения или резонанс. В этих случаях орографию можно не брать во внимание: при рассмотрении колебаний скорости и температур: динамический нагрев оказывается очень малым, а собственные амплитуды скорости значительно больше скоростей вертикальных воздушных потоков, вызванных рельефом.