เคลวินเวฟ

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทาง ข้ามไปที่การค้นหา

คลื่นเคลวินเป็นคลื่นในทะเลหรือบรรยากาศที่ยอดคงเหลือของโลกแรง Coriolisกับภูมิประเทศขอบเขตเช่นชายฝั่งหรือท่อนำคลื่นเช่นเส้นศูนย์สูตร คุณลักษณะของคลื่นเคลวินคือคลื่นไม่กระจายกล่าวคือความเร็วเฟสของยอดคลื่นเท่ากับความเร็วกลุ่มของพลังงานคลื่นสำหรับทุกความถี่ ซึ่งหมายความว่าจะคงรูปร่างไว้เมื่อเคลื่อนตัวไปตามทิศทางตามแนวชายฝั่งเมื่อเวลาผ่านไป

คลื่นเคลวิน ( พลศาสตร์ของไหล ) ยังเป็นโหมดการรบกวนระยะยาวของกระแสน้ำวนในไดนามิกของไหลยิ่งยวด ในแง่ของอุตุนิยมวิทยาหรือที่มาสมุทรศาสตร์ เราอาจสันนิษฐานได้ว่าองค์ประกอบความเร็วเมริเดียนหายไป (กล่าวคือ ไม่มีการไหลในทิศทางเหนือ-ใต้ จึงทำให้สมการโมเมนตัมและความต่อเนื่องง่ายขึ้นมาก) คลื่นนี้ตั้งชื่อตามผู้ค้นพบLord Kelvin (1879) [1] [2]

คลื่นเคลวินชายฝั่ง

ในมหาสมุทรแบบแบ่งชั้นที่มีความลึกเฉลี่ยHคลื่นอิสระจะแพร่กระจายไปตามเขตแดนชายฝั่ง (และด้วยเหตุนี้จึงติดอยู่ในบริเวณใกล้เคียงของชายฝั่งเอง) ในรูปของคลื่นเคลวินภายในที่มีขนาดประมาณ 30 กม. คลื่นเหล่านี้เรียกว่าคลื่นเคลวินชายฝั่ง และมีความเร็วการแพร่กระจายประมาณ 2 เมตร/วินาทีในมหาสมุทร โดยใช้สมมติฐานว่าความเร็วข้ามฝั่งvเป็นศูนย์ที่ชายฝั่งv  = 0 อาจแก้ความสัมพันธ์ความถี่สำหรับความเร็วเฟสของคลื่นเคลวินชายฝั่งซึ่งอยู่ในกลุ่มของคลื่นที่เรียกว่า boundary wave edge wave , trapped คลื่นหรือคลื่นพื้นผิว (คล้ายกับคลื่นลูกแกะ ) [3] The ( เชิงเส้น )สมการดั้งเดิมจะกลายเป็นดังต่อไปนี้:

  • ยู -momentum สมการ (Component ลมเป็นวง ๆ ):
  • วีสม -momentum (Component ลมเที่ยง):

หากสันนิษฐานว่าสัมประสิทธิ์โคลิโอลิส fเป็นค่าคงที่ตามเงื่อนไขขอบเขตที่ถูกต้อง และกำหนดความเร็วลมเป็นเขตเท่ากับศูนย์ สมการดั้งเดิมจะกลายเป็นดังนี้:

  • สมการความต่อเนื่อง:
  • ยู -momentum สมการ:
  • วีสม -momentum:
.

คำตอบของสมการเหล่านี้ให้ความเร็วเฟสต่อไปนี้: c 2  =  gHซึ่งเป็นความเร็วเดียวกับคลื่นแรงโน้มถ่วงในน้ำตื้นโดยไม่มีผลกระทบจากการหมุนของโลก [4] สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือสำหรับผู้สังเกตการณ์ที่เดินทางพร้อมกับคลื่น ขอบเขตชายฝั่ง (แอมพลิจูดสูงสุด) จะอยู่ทางด้านขวาในซีกโลกเหนือและด้านซ้ายในซีกโลกใต้เสมอ (กล่าวคือ คลื่นเหล่านี้เคลื่อนตัวไปทางเส้นศูนย์สูตร – เฟสเชิงลบ ความเร็ว - บนขอบด้านตะวันตกและขั้วโลก - ความเร็วเฟสบวก - บนพรมแดนด้านตะวันออก คลื่นเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบแอ่งมหาสมุทร) [3]

คลื่นเส้นศูนย์สูตรเคลวิน

คลื่นเคลวินเส้นศูนย์สูตร จับผ่านความผิดปกติของความสูงของผิวน้ำทะเล

บริเวณเส้นศูนย์สูตรทำหน้าที่เป็นท่อนำคลื่น ทำให้เกิดการรบกวนที่ติดอยู่ในบริเวณเส้นศูนย์สูตร และคลื่นเคลวินเส้นศูนย์สูตรแสดงให้เห็นข้อเท็จจริงนี้เนื่องจากเส้นศูนย์สูตรทำหน้าที่คล้ายคลึงกับขอบเขตภูมิประเทศของทั้งซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้ ทำให้คลื่นนี้รุนแรงมาก คล้ายกับคลื่นเคลวินที่ติดกับชายฝั่ง [3] สมการดั้งเดิมนั้นเหมือนกับสมการที่ใช้ในการพัฒนาวิธีแก้ปัญหาความเร็วเฟสคลื่นเคลวินชายฝั่ง (โมเมนตัม U, โมเมนตัม V และสมการความต่อเนื่อง) และการเคลื่อนที่เป็นทิศทางเดียวและขนานกับเส้นศูนย์สูตร [3] เนื่องจากคลื่นเหล่านี้เป็นเส้นศูนย์สูตรพารามิเตอร์ Coriolis จะหายไปที่ 0 องศา; ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ระนาบเบตาเส้นศูนย์สูตร การประมาณที่ระบุว่า:

โดยที่βคือความแปรผันของพารามิเตอร์ Coriolis กับละติจูด สมมติฐานระนาบเบตาเส้นศูนย์สูตรนี้ต้องการความสมดุลทางธรณีสโตรฟิกระหว่างความเร็วไปทางทิศตะวันออกและการไล่ระดับความดันเหนือ-ใต้ ความเร็วเฟสเท่ากันกับคลื่นเคลวินชายฝั่ง แสดงว่าคลื่นเคลวินเส้นศูนย์สูตรแพร่กระจายไปทางทิศตะวันออกโดยไม่กระจาย (ราวกับว่าโลกเป็นดาวเคราะห์ที่ไม่หมุน) [3] สำหรับโหมดbaroclinicแรกในมหาสมุทร ความเร็วของเฟสโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 2.8 m/s ทำให้คลื่นเคลวินเส้นศูนย์สูตรใช้เวลา 2 เดือนในการข้ามมหาสมุทรแปซิฟิกระหว่างนิวกินีและอเมริกาใต้ สำหรับโหมดมหาสมุทรและบรรยากาศที่สูงขึ้น ความเร็วของเฟสจะเทียบได้กับความเร็วของการไหลของของไหล [3]

เมื่อการเคลื่อนที่ที่เส้นศูนย์สูตรอยู่ทางทิศตะวันออก การเบี่ยงเบนใด ๆ ไปทางทิศเหนือจะถูกนำกลับไปที่เส้นศูนย์สูตร เนื่องจากแรงโคริโอลิสกระทำไปทางด้านขวาของทิศทางการเคลื่อนที่ในซีกโลกเหนือ และการเบี่ยงเบนใดๆ ไปทางทิศใต้จะถูกนำกลับไป เส้นศูนย์สูตรเพราะแรงโคริโอลิสกระทำทางซ้ายของทิศทางการเคลื่อนที่ในซีกโลกใต้ สังเกตว่าสำหรับการเคลื่อนที่ไปทางทิศตะวันตก แรงโคริโอลิสจะไม่คืนค่าความเบี่ยงเบนไปทางเหนือหรือใต้กลับไปสู่เส้นศูนย์สูตร ดังนั้น คลื่นเส้นศูนย์สูตรเคลวินจึงเป็นไปได้เฉพาะสำหรับการเคลื่อนที่ไปทางทิศตะวันออก คลื่นเคลวินเส้นศูนย์สูตรในชั้นบรรยากาศและมหาสมุทรมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงของการแกว่งตัวของเอลนีโญ-เซาเทิร์นโดยถ่ายทอดการเปลี่ยนแปลงในเงื่อนไขในแปซิฟิกตะวันตกไปยังแปซิฟิกตะวันออก

มีการศึกษาที่เชื่อมโยงคลื่นเคลวินเส้นศูนย์สูตรกับคลื่นเคลวินชายฝั่ง มัวร์ (1968) พบว่าเมื่อคลื่นเคลวินเส้นศูนย์สูตรกระทบ "เขตแดนตะวันออก" พลังงานส่วนหนึ่งจะสะท้อนออกมาในรูปของคลื่นดาวเคราะห์และคลื่นแรงโน้มถ่วง และพลังงานที่เหลือจะถูกพัดพาไปทางขั้วโลกตามแนวชายฝั่งตะวันออกเป็นคลื่นเคลวินชายฝั่ง กระบวนการนี้บ่งชี้ว่าพลังงานบางส่วนอาจสูญเสียไปจากบริเวณเส้นศูนย์สูตรและถูกส่งไปยังบริเวณขั้วโลก [3]

คลื่นเส้นศูนย์สูตรเคลวินมักเกี่ยวข้องกับความผิดปกติในแรงลมที่พื้นผิว ตัวอย่างเช่น ความผิดปกติเชิงบวก (ทางทิศตะวันออก) ของแรงลมในมหาสมุทรแปซิฟิกตอนกลางกระตุ้นความผิดปกติเชิงบวกในระดับความลึกของไอโซเทอร์ม 20 °C ซึ่งแพร่กระจายไปทางทิศตะวันออกเป็นคลื่นเคลวินเส้นศูนย์สูตร

ดูเพิ่มเติม

อ้างอิง

  1. Thomson, W. ( Lord Kelvin ) (1879), "การสั่นของแรงโน้มถ่วงของน้ำหมุน" , Proc. รอย. ซ. เอดินบะระ , 10 : 92–100, ดอย : 10.1017/S0370164600043467
  2. ^ Gill, Adrian E. (1982), Atmosphere–ocean dynamics , International Geophysics Series, 30 , Academic Press, pp.  378–380 , ISBN 978-0-12-283522-3
  3. a b c d e f g Gill, Adrian E., 1982: Atmosphere–Ocean Dynamics, International Geophysics Series, Volume 30, Academic Press, 662 pp.
  4. ^ โฮลตั้น, เจมส์อาร์, 2004:แนะนำแบบไดนามิกอุตุนิยมวิทยา Elsevier Academic Press, Burlington, MA, หน้า 394–400

ลิงค์ภายนอก