Внẏтренние гравитациỏнные вỏлны (ВГВ) или инерциóнно-гравитациóнные вóлны (ИГВ) — одна из форм колебательных движений, которые существуют в атмосфере как упругой среде. Термин «гравитационные» в названии данного типа волн указывает на то, что сила тяжести является одним из факторов, определяющих существование ВГВ .

Механизм образования

Возникновение ВГВ происходит орографически , например, при обтекании горных массивов ветровыми потоками, при струйных течениях и т. д. . Подобные процессы генерируют широкий спектр волн. При распространении вверх амплитуды волн экспоненциально растут из-за уменьшения молекулярной плотности воздуха . Рост продолжается до тех пор, пока температурные вариации dT/dh, вызываемые ВГВ, не становятся больше адиабатического градиента температуры . Начиная с этого момента ВГВ усиливают турбулентную диффузию , которая предотвращает дальнейший рост амплитуды. При этом ВГВ разрушаются, отдавая избыток энергии «среднему» движению воздушного потока .

Характеристики

Определение параметров ВГВ, обычно, из данных лидарного зондирования проводится как визуально, так и с использованием методов статистического (как правило Wavelet -) анализа. Согласно проведенным исследованиям , фазовая скорость ВГВ лежит в интервале 0.02-0.71 м, причем наиболее часто встречающиеся значения составляют 0.1-0.3 м, вертикальная длина волны находится в интервале 3-20 км; а период колебаний составляет 5-27 ч.

Область применения

Для оценки интенсивности волновых возмущений используется высотный профиль плотности потенциальной энергии ВГВ, который, как правило, вычисляют используя температуру по данным лидарного зондирования. Некоторые глобальные климатические модели с высоким разрешением используют эти данные для определения источника волн, изучения распространения и диссипации волн, а также для учёта передачи энергии в верхнюю стратосферу и нижнюю мезосферу . Согласно , высотный профиль плотности потенциальной энергии ВГВ определяется по формуле:

${\displaystyle E_{p}\left(h\right)\ =0.5\left({\frac {g^{2}(h)}{N^{2}(h)}}\right)\left({\frac {\bar {\Delta {T^{2}(h)}}}{T_{0}(h)}}\right)}$

где h — высота над уровнем моря; g(h) — ускорение свободного падения; N(h) — частота Брента-Вяйсяля; ${\displaystyle {\bar {\Delta {T^{2}(h)}}}}$ — среднеквадратичная величина температурных флуктуаций; T ₀ (h) — средний температурный профиль. Частота Брента-Вяйсяля определяется формулой:

${\displaystyle N^{2}(h)={\frac {g}{T_{0}}}\left({\frac {\delta {T_{0}}}{\delta {h}}}+{\frac {g}{c_{p}}}\right)}$

где с _p — теплоёмкость воздуха при постоянном давлении; производная dT ₀ /dh находится из лидарных измерений путём дифференцирования сплайна , описывающего гладкую часть спектра .

Источники