Внутренние волны

ВНУТРЕННИЕ ВОЛНЫ (внутренние гравитационные волны), особый вид волновых движений в жидкой или газообразной среде, которая обладает переменной по высоте плотностью (так называемая стратифицированная среда). Устойчивой стратификации соответствует возрастание плотности в направлении силы тяжести. При нарушении равновесия (всплытии более тяжёлой жидкости вверх или опускании более лёгкой жидкости вниз) появляется возвращающая сила, что и приводит к возникновению колебаний, передающихся соседним участкам среды. Основным параметром, характеризующим внутренние волны, служит так называемая частота плавучести N, или частота Брента - Вяйсяля, равная частоте собственных колебаний элемента жидкости в вертикальном направлении. Частота N определяется через градиент плотности:

где р(z) -зависящая от высоты r плотность жидкости, g - ускорение силы тяжести.

В модели экспоненциальной стратификации частота N постоянна и закон дисперсии, связывающий частоту волны ω и волновой вектор k, для коротких волн (приближение Буссинеска) имеет вид: ω= ± Nkh/k, где kh - проекция волнового вектора на горизонтальную плоскость. Согласно закону дисперсии, частота внутренних волн зависит только от направления волнового вектора, но не от его величины. Это приводит к тому, что эволюция фазовой поверхности (поверхности одинаковых фаз) связана только с изменением направления волнового вектора, и в случае гармонического точечного источника фазовые поверхности представляют собой конические поверхности с направленной вертикально осью симметрии и переменным углом раствора (конические поверхности сходятся к вертикальной оси и расходятся от неё).

Поскольку атмосфера и океан представляют собой стратифицированные среды, то в них всегда имеются внутренние волны, которые играют важную роль в процессах переноса энергии, порождения турбулентности, формировании тонкой структуры атмосферы и океана и тем самым частично определяют метеорологические и климатические условия на Земле.

Лит.: Краусс В. Внутренние волны. Л., 1968; Тернер Дж. Эффекты плавучести в жидкостях. М., 1977; Ле Блон П., Майсек Л. Волны в океане. М., 1981. Ч. 1-2.