|
'''Sóng Kelvin''' là sóng trong đại dương hoặc bầu khí quyển cân bằng lực Coriolis của Trái đất chống lại ranh giới địa hình như đường bờ biển hoặc ống dẫn sóng như đường xích đạo. Một đặc điểm của sóng Kelvin là nó không phân tán, tức là tốc độ pha của các đỉnh sóng bằng với tốc độ nhóm của năng lượng sóng cho tất cả các tần số. Điều này có nghĩa là nó vẫn giữ được hình dạng khi nó di chuyển theo hướng dọc bờ theo thời gian.
Sóng Kelvin (động lực học chất lỏng) cũng là một chế độ nhiễu loạn quy mô dài của một xoáy trong động lực siêu lỏng; về mặt dẫn xuất khí tượng hoặc hải dương học, người ta có thể cho rằng thành phần vận tốc kinh tuyến biến mất (tức là không có dòng chảy theo hướng nam bắc, do đó làm cho phương trình động lượng và liên tục đơn giản hơn nhiều). Làn sóng này được đặt theo tên của người phát hiện, Lord Kelvin (1879). [1] [2]
==Tham khảo==
Nội dung
4 tài liệu {{tham khảo }}▼
1 sóng Kelvin ven biển
2 sóng Kelvin xích đạo
3 Xem thêm
5 liên kết ngoài
Sóng Kelvin ven biển [sửa]
Trong một đại dương phân tầng có độ sâu trung bình H, sóng tự do lan truyền dọc theo ranh giới ven biển (và do đó bị mắc kẹt trong vùng lân cận của bờ biển) dưới dạng sóng Kelvin bên trong với quy mô khoảng 30 km. Những sóng này được gọi là sóng Kelvin ven biển và có tốc độ lan truyền khoảng 2 m / s trong đại dương. Sử dụng giả định rằng vận tốc xuyên bờ v bằng 0 tại bờ biển, v = 0, người ta có thể giải quyết mối quan hệ tần số cho tốc độ pha của sóng Kelvin ven biển, nằm trong nhóm sóng gọi là sóng biên, sóng biên, bị mắc kẹt sóng, hoặc sóng bề mặt (tương tự như sóng Lamb). [3] Các phương trình nguyên thủy (tuyến tính hóa) sau đó trở thành như sau:
phương trình liên tục (chiếm các ảnh hưởng của hội tụ và phân kỳ ngang):
<nowiki>{\ displaystyle {\ frac {\ part u} {\ part x}} + {\ frac {\ part v} {\ part y}} = {\ frac {-1} {H}} {\ frac {\ part \ eta} {\ part t}}} {\ frac {\ part u} {\ part x}} + {\ frac {\ part v} {\ part y}} = {\ frac {-1} {H} } {\ frac {\ part \ eta} {\ part t}}</nowiki>
phương trình động lượng u (thành phần gió vùng):
<nowiki>{\ displaystyle {\ frac {\ part u} {\ part t}} = - g {\ frac {\ part \ eta} {\ part x}} + fv} {\ frac {\ part u} {\ part t }} = - g {\ frac {\ part \ eta} {\ part x}} + fv</nowiki>
phương trình v-đà (thành phần gió kinh tuyến):
<nowiki>{\ displaystyle {\ frac {\ part v} {\ part t}} = - g {\ frac {\ part \ eta} {\ part y}} - fu.} {\ frac {\ part v} {\ part t}} = - g {\ frac {\ part \ eta} {\ part y}} - fu.</nowiki>
Nếu giả định rằng hệ số Coriolis f không đổi dọc theo các điều kiện biên phải và tốc độ gió khu vực được đặt bằng 0, thì các phương trình nguyên thủy trở thành như sau:
phương trình liên tục:
<nowiki>{\ displaystyle {\ frac {\ part v} {\ part y}} = {\ frac {-1} {H}} {\ frac {\ part \ eta} {\ part t}}} {\ frac {\ một phần v} {\ một phần y}} = {\ frac {-1} {H}} {\ frac {\ part \ eta} {\ part t}}</nowiki>
phương trình động lượng u:
<nowiki>{\ displaystyle g {\ frac {\ part \ eta} {\ part x}} = fv} g {\ frac {\ part \ eta} {\ part x}} = fv</nowiki>
phương trình động lượng v:
<nowiki>{\ displaystyle {\ frac {\ part v} {\ part t}} = - g {\ frac {\ part \ eta} {\ part y}}} {\ frac {\ part v} {\ part t}} = -g {\ frac {\ part \ eta} {\ part y}}.</nowiki>
Giải pháp cho các phương trình này mang lại tốc độ pha sau: c2 = gH, tốc độ tương tự như đối với sóng trọng lực nước nông mà không có hiệu ứng quay của Trái đất. [4] Điều quan trọng cần lưu ý là đối với người quan sát di chuyển với sóng, ranh giới ven biển (biên độ cực đại) luôn ở bên phải ở bán cầu bắc và bên trái ở bán cầu nam (tức là các sóng này di chuyển theo hướng xích đạo - tốc độ pha âm - trên một ranh giới phía tây và poleward - tốc độ pha dương - trên một ranh giới phía đông, sóng di chuyển theo chu kỳ quanh một lưu vực đại dương). [3]
Sóng Kelvin xích đạo [sửa]
Tập tin: Xích đạo Kelvin wave.ogv
Một sóng Kelvin xích đạo, được chụp qua các dị thường độ cao mặt nước biển
Vùng xích đạo về cơ bản hoạt động như một ống dẫn sóng, gây ra nhiễu loạn bị mắc kẹt trong vùng lân cận của Xích đạo và sóng Kelvin xích đạo minh họa thực tế này vì Xích đạo hoạt động tương tự như một ranh giới địa hình cho cả Bắc bán cầu và Nam bán cầu tương tự như sóng Kelvin bị kẹt ở bờ biển. [3] Các phương trình nguyên thủy giống hệt với phương trình được sử dụng để phát triển giải pháp tốc độ pha sóng Kelvin ven biển (động lượng U, động lượng V và phương trình liên tục) và chuyển động là một hướng và song song với Xích đạo. [3] Vì các sóng này là xích đạo, tham số Coriolis biến mất ở 0 độ; do đó, cần phải sử dụng xấp xỉ mặt phẳng beta xích đạo nói rằng:
{\ displaystyle f = \ beta y,} f = \ beta y,
Trong đó β là biến thể của tham số Coriolis với vĩ độ. Giả định mặt phẳng beta xích đạo này đòi hỏi sự cân bằng địa chất giữa vận tốc hướng đông và độ dốc áp suất bắc-nam. Tốc độ pha giống hệt với sóng Kelvin ven biển, chỉ ra rằng sóng Kelvin xích đạo lan truyền về phía the phía đông không phân tán (như thể trái đất là một hành tinh không quay). [3] Đối với chế độ baroclinic đầu tiên trong đại dương, tốc độ pha điển hình sẽ vào khoảng 2,8 m / s, khiến sóng Kelvin xích đạo phải mất 2 tháng để vượt Thái Bình Dương giữa New Guinea và Nam Mỹ; đối với các chế độ khí quyển và đại dương cao hơn, tốc độ pha tương đương với tốc độ dòng chất lỏng. [3]
Khi chuyển động tại Xích đạo ở phía đông, mọi sai lệch về phía bắc sẽ được đưa về Xích đạo vì lực Coriolis tác động về phía bên phải của chuyển động ở Bắc bán cầu, và mọi sai lệch về phía nam đều được đưa về phía nam Xích đạo vì lực Coriolis hoạt động ở bên trái của hướng chuyển động ở Nam bán cầu. Lưu ý rằng đối với chuyển động về phía tây, lực Coriolis sẽ không khôi phục độ lệch về phía bắc hoặc phía nam về phía Xích đạo; do đó, sóng Kelvin xích đạo chỉ có thể cho chuyển động về phía đông (như đã lưu ý ở trên). Cả sóng Kelvin ở xích đạo khí quyển và đại dương đều đóng một vai trò quan trọng trong động lực học của dao động El Nino-Nam, bằng cách truyền những thay đổi trong điều kiện ở Tây Thái Bình Dương đến Đông Thái Bình Dương.
Đã có những nghiên cứu kết nối sóng Kelvin xích đạo với sóng Kelvin ven biển. Moore (1968) nhận thấy rằng khi sóng Kelvin xích đạo tấn công vào "ranh giới phía đông", một phần năng lượng được phản ánh dưới dạng sóng hành tinh và trọng lực; và phần còn lại của năng lượng được mang theo poleward dọc theo ranh giới phía đông dưới dạng sóng Kelvin ven biển. Quá trình này chỉ ra rằng một số năng lượng có thể bị mất từ vùng xích đạo và được vận chuyển đến khu vực chính quyền. [3]
Sóng Kelvin xích đạo thường liên quan đến sự bất thường trong ứng suất gió bề mặt. Ví dụ, các dị thường dương (hướng đông) trong ứng suất gió ở trung tâm Thái Bình Dương kích thích dị thường dương ở độ sâu đẳng nhiệt 20 ° C lan truyền về phía đông dưới dạng sóng Kelvin xích đạo.
| 