Fala grawitacyjna (mechanika cieczy)

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

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 Amsterdam na Oceanie indyjskim.

Fale atmosferyczne czysto 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.

Teoria liniowych 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

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

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

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

${\frac {db}{dz}}+wN^{2}(z)=0$

gdzie:

• u – prędkość horyzontalna,
• w – prędkość pionowa,
• p – ciśnienie,
• $\rho$ – gęstość powietrza,
• $\theta$ – temperatura potencjalna,
• $g$ – przyspieszenie ziemskie.

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. wikiwaves.org. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-11-13)].