Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
Воздух — хороший электропроводник, и выше уровня 80 км его электропроводность, особенно днем, значительно больше, чем в нижележащих слоях атмосферы. Слой выше 80 км называется ионосферой, и благодаря его наличию радиоволны могут распространяться на большие расстояния. Электрические токи в этом слое связаны с изменением магнитного поля Земли. В ионосфере выделяют по крайней мере четыре подслоя, известные как слои ?>, ?, Fx и F2 и расположенные в диапазоне высот 70—400 км.
Ионизация (процесс, при котором молекула вещества приобретает или теряет электрон) в нижних слоях атмосферы в основном обусловлена космической радиацией. Интенсивность ионизации в ионосфере значительно выше, чем в тропосфере или стратосфере, при этом изменение интенсивности определяется различными причинами. В высоких слоях атмосферы воздух разрежен, и эти слои поглощают только небольшое количество солнечной коротковолновой радиации, поэтому
346
ионизация мала. Когда солнечная радиация достигает более низких слоев атмосферы, увеличение плотности воздуха ведет к более интенсивному поглощению солнечной радиации и к бо-
KM
WQOOY 5000
1000
200
Радиационные пояса Ван Аллена
Зкзоссрера
Сияние за пределами земной тени
Термосфера
Зона баллистических троекторий молекул Очень горячая зона
мбар 10'»
Полярные сияния
Ионоссрера
Мезосфера
Теплая зона
Слой азона Серебристые облака Стратосфера
Тропопауза
Отражение акустичеі ких Вт;'
Перистые облака
Слоистые облака
W'2 1 100
-100 -50 0 50 100 0C
Рис. 6.7. Вертикальная структура атмосферы [140]. / — Эверест, // — Монблан, /// — Бен-Невис.
лее сильной ионизации. Из-за поглощения солнечной радиации при прохождении через эти слои ее интенсивность сильно уменьшается и ниже их вновь наблюдается лишь слабая ионизация. Следовательно, на некоторой высоте должен быть слой, где степень, ионизации максимальна.
347
Другое важное различие в процессах ионизации воздуха в ионосфере и в нижних слоях стратосферы состоит в том, что в нижних слоях атмосферы в избытке образуются ионы, а основные свойства ионосферы связаны с электронами.
Образование акустических и внутренних гравитационных волн в атмосфере
По-видимому, волны в атмосфере образуются в основном двумя механизмами [230]: приливными колебаниями атмосферы и системой тропосферных ветров.
Рассматривая любое волновое движение в атмосфере, следует принимать во внимание как гравитационные силы, так и силы сжатия. Хайнс показал, что даже простая модель атмосферы (которая стационарна и имеет однородное строение и температуру) может характеризоваться двумя различными классами волновых движений при одной общей характерной черте: в отсутствии диссипативных сил эти движения не затухают в горизонтальном направлении. Однако в вертикальном направлении их поведение совершенно различно. Класс волн, определяемых как поверхностные, хотя и обладает экспоненциальным изменением характеристик по вертикали, не может иметь никакого распространения фазы в вертикальном направлении. Класс, определяемый как внутренние волны, может характеризоваться значительным распространением фазы по вертикали.
Внутренние волны в атмосфере бывают двух типов [495]. В высоком диапазоне частот — это акустические волны (звуковые волны в атмосфере), а в низком — внутренние гравитационные волны, куда относятся волны с периодами в несколько минут, при которых гравитационные силы создают глубокую анизотропность. Рассматривая указанные выше типы волн как некоторые предельные случаи, определим характерные для каждого из них частоты: частоту Брента—Вяйсяля o)g, называемую также частотой гравитационной устойчивости, и модифицированную частоту акустической устойчивости оа. Для атмосферы в гидростатическом равновесии эти две частоты задаются выражениями:
-а-(-Ч-4)'-*('+т). «">
здесь g — ускорение свободного падения, р (г)—плотность атмосферы, с (z)—скорость звука, у — отношение удельных теплоємкостей, H— масштаб высоты (H— эквивалентная высота гомогенной изотермической атмосферы, равная KQJmgy где К — постоянная Больцмана, 0а — абсолютная температура,
348
а т — средняя масса молекулы воздуха) атмосферы (функция вертикальной координаты г). Фазовая скорость волн V дается выражением
1 _ у sin2 9
(6.8)
1-Х
где
Г «(CD»»,
(6.9)
а 6 — угол между полем гравитации и волновой ортогональю, о) — частота и Г = 2я/со — период. Волны с периодом менее Та — акустические волны, с периодом более Tg — гравитационные. В диапазоне периодов Ta<T<Tg в атмосфере не существует внутренних волн. Для акустических волн с периодом менее Та фазовая скорость примерно равна скорости звука, но стремится к бесконечности, когда период волны приближается к Та. Для гравитационных волн при T = Tg фазовая и групповая скорости волны равны нулю. С ростом периода T они увеличиваются и для больших значений периода приближаются к величине (YIX) sin 8. Акустические волны распространяются более или менее изотропно, в то время как гравитационные волны распространяются в основном горизонтально, обнаруживая сильную анизотропию.
Применение теории Хайнса для исследования акустических и гравитационных волн
