• 開爾文波

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    開爾文波

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    開爾文波是海洋或大氣中的波浪,它平衡地球的科里奧利力與地形邊界(如海岸線)或波導(如赤道)的關系。 開爾文波的一個特點是它是非色散的,即對于所有頻率,波峰的相速度都等于波能量的群速度。 這意味著隨著時間的推移,它會在沿岸方向移動時保持其形狀。

    開爾文波(流體動力學)也是超流體動力學中渦旋的長尺度微擾模式; 就氣象學或海洋學推導而言,可以假設經向速度分量消失(即南北方向沒有流動,從而使動量和連續性方程更簡單)。 該波以發現者開爾文勛爵 (1879) 的名字命名。

    沿海開爾文波

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    在平均深度為 H 的分層海洋中,受到一定量 η 的擾動,自由波以內部開爾文波的形式沿著海岸邊界傳播(因此被困在海岸本身附近),規模約為 30 公里。 這些波被稱為沿海開爾文波,在海洋中的傳播速度約為 2 米/秒。 使用跨岸速度 v 在海岸為零的假設,v = 0,可以求解沿海開爾文波的相速度的頻率關系,這些波屬于稱為邊界波、邊緣波的波類, 陷波或表面波(類似于蘭姆波)。

    這些方程的解產生以下相位速度:c2 = gH,這與沒有地球自轉影響的淺水重力波的速度相同。 重要的是要注意,對于隨波浪旅行的觀察者,海岸邊界(xxx振幅)在北半球總是在右邊,在南半球總是在左邊(即這些波浪向赤道移動——負相位速度——在 西部邊界和極地 - 正相位速度 - 在東部邊界; 波浪圍繞海洋盆地氣旋移動)。

    赤道開爾文波

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    赤道帶本質上起到波導的作用,導致擾動被困在赤道附近,赤道開爾文波說明了這一事實,因為赤道類似于北半球和南半球的地形邊界,使得這個波非常 類似于沿海被困的開爾文波。 原始方程與用于開發沿海開爾文波相速度解(U 動量、V 動量和連續性方程)的方程相同,并且運動是單向的且平行于赤道。 因為這些波是赤道波,所以科里奧利參數在 0 度處消失; 因此,有必要使用赤道β平面近似值:

    開爾文波

    f = f 0 + β y , {\displaystyle f=f_{0}+\beta y,}

    其中 β 是科里奧利參數隨緯度的變化。 這種赤道β平面假設需要東向速度和南北壓力梯度之間的地轉平衡。 相位速度與沿海開爾文波相一致,表明赤道開爾文波向東傳播而不分散(就好像地球是一個不自轉的行星)。 對于海洋中的xxx個斜壓模式,典型的相位速度約為 2.8 m/s,導致赤道開爾文波需要 2 個月才能穿越新幾內亞和南美洲之間的太平洋; 對于高等海洋和大氣模式,相位速度與流體流速相當。

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    1. 開爾文波
    2. 沿海開爾文波
    3. 赤道開爾文波

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