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开尔文波的物理描述

已有 22846 次阅读 2014-5-23 11:15 |个人分类:学术探讨|系统分类:科研笔记

     开尔文波及赤道开尔文波的传播方向:

      开尔文波是海洋中的一种大尺度波动,是一些极端天气候的激发机制,开尔文波是一种受科氏力影响的长重力波,也就是说一种重力波的波长非常长,长到必须考虑科氏力对重力波的影响作用(图1)。在北(南)半球赤道开尔文波只能向东(西)传播,因为如果赤道开尔文波在北(南)半球向西(东)传播,北(南)半球科氏力偏向速度的右(左)方,在科氏力的作用下会逐渐偏离赤道(图2)。


图1 北半球赤道开尔文波示意图-方向为左西右东。

图2 科氏力在南半球和北半球对运动方向的影响示意图。

    开尔文波的波形及其形成机制:

     在北半球,开尔文波的波形是波峰是右高左低,在波谷处是左高右低,在南半球,开尔文波的波形是波峰是左高右底,在波谷处是右高左低。其原因是重力波的非线性会诱导斯托克斯漂移(如图3),在北半球,在波峰处的速度向东,科氏力偏向速度的右方,因此水向波浪传播方向的右方堆积,从而造成了波峰的右高左低,在波谷处速度向西,科氏力偏向速度右方,因此水向波浪传播方向的左方堆积,从而造成波谷左高右低(如图4);在南半球,波峰处的速度向东,科氏力偏向速度的左方,因此水向波浪传播方向的左方堆积,从造成了的左高右低,在波谷处速度向西,科氏力偏向左方,水向波浪传播方向的右方堆积,从而造成了波谷处右高左低。

图3 波浪的非线性诱导的斯托克斯漂移-方向为左西右东。


图4 开尔文波在北半球的波形-方向为左西右东。





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