Особливі акустико-гравітаційні хвильові моди в ізотермічній атмосфері
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2023.02.045Ключові слова:
ізотермічна атмосфера, акустико-гравітаційна хвиля, специфічні еванесцентні хвильові модиАнотація
Показано, що спектр акустико-гравітаційних хвиль в ізотермічній атмосфері включає чотири особливих еванесцентних моди. Ці моди є розв’язками системи гідродинамічних рівнянь для малих атмосферних збурень у припущенні, що одна з величин (горизонтальна або вертикальна складові швидкості частинок, флуктуації щільності чи температури) дорівнює нулю. Три з чотирьох вказаних мод (хвиля Лемба, коливання Брента — Вяйсяля та f-мода) є добре відомими, однак раніше вони отримувались з інших міркувань і розглядались як окремі розв’язки. Нещодавнє виявлення авторами роботи еванесцентної γ-моди дозволило показати, що всі чотири вказані моди утворюють певне сімейство особливих мод ізотермічної атмосфери. На спектральній діаграмі частота — хвильовий вектор є чотири дисперсійні криві особливих мод, на яких одна зі збурених величин дорівнює нулеві. Ці криві лежать в еванесцентній області спектру акустико-гравітаційних хвиль. Вони перетинаються одна з одною у п’яти точках. Показано, що у точках перетину особливі моди не можуть взаємодіяти. Поляризаційні співвідношення між двома збуреними величинами мають різний знак по обидва боки від особливої кривої, якщо одна з величин на цій кривій дорівнює нулю. Ці властивості можна використовувати як індикатори особливих мод при експериментальному вивченні еванесцентного спектру АГХ. Проаналізовано можливість спостереження цих мод в атмосфері Землі та на Сонці за поляризаційними співвідношеннями.
Посилання
Kryuchkov E. I., Fedorenko A. K. (2012). Peculiarities of energy transport in the atmosphere by acoustic gravity waves. Geomagn. Aeron. 52. Р. 251-257.
https://doi.org/10.1134/ S0016793212010057.
Fedorenko A. K., Zakharov I. V. (2012). Specific oscillatory mode in the polar thermosphere. Kosm. nauka tehnol. 18, N 2. Р. 26-32.
https://doi.org/10.15407/knit2012.02.026
Fedorenko А.К., Kryuchkov E.I., Cheremnykh O.K., Melnychuk S.V., Zhuk I.T. Жук І. Т. (2022). Properties of acoustic-gravity waves at the boundary of two isothermal media. Kinematika i Fizika Nebesnykh Tel. 38, N6, Р. 79-95.
https://doi.org/10.15407 /kfnt2020.04.015.
Cheremnykh O. K., Fedorenko A. K., Kryuchkov E. I., Selivanov Y. A. (2019). Evanescent acoustic-gravity modes in the isothermal atmosphere: systematization, applications to the Earth's and Solar atmospheres. Ann. Geophys. 37, N 3. P. 405-415.
https://doi.org/10.5194/angeo-2019-1
Cheremnykh O. K., Fedorenko A. K., Selivanov Y. A., Cheremnykh S. O. (2021). Continuous spectrum of evanescent acoustic-gravity waves in an isothermal atmosphere. Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 503, № 4. P. 5545-5553.
htttps://doi.org/10.1093/mnras/st.ab845.
Deubner F.-L., D. Fleck, C. Marmolino, G. Severino. (1990). Dynamics of the solar atmosphere. IV. Evanescent waves of small amplitude. Astron. Astrophys. 236. 509-514.
Gossard E., Hooke W. Waves in the Atmosphere: Atmospheric Infrasound and Gravity Waves: Their Generation and Propagation. Elsevier Scientific Publishing Company. 1975. 456 p.
Hines C.O. (1960). Internal gravity waves at ionospheric heights. Can. J. Phys. 38. P. 1441-1481.
https://doi.org/10.1139/p60-150
Ichimoto K., Hamana S., Kumagai K., Sakurai T., Hiei E. (1990). Phase relation between velocities and temperature fluctuations of the solar 5-minute oscillation. In: Osaki Y., Shibahashi H. (eds) Progress of Seismology of the Sun and Stars. Lecture Notes in Physics. 367. Springer, Berlin, Heidelberg.
https://doi.org/10.1007/3-540-53091-6_82.
Jones W. L. (1969). Non-divergent oscillations in the Solar Atmosphere. Solar Phys. 7. P. 204-209.
https://doi.org/10.1007/BF00224898
Lamb H. Hydrodynamics. Dover, New York, 1932. 362 p.
Roy A., Roy S., Misra A.P. (2019). Dynamical properties of acoustic-gravity waves in the atmosphere. J. of Atmos. and Solar-Terr. Phys. 186. P. 78-81.
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2019.02.009
Tolstoy I. The theory of waves in stratified fluids including the effects on gravity and rotation. (1963). Rev. of Modern Phys. 35, N 1. P. 207 - 230.
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.35.207
Vadas S. L., Fritts M. J. (2005). Thermospheric responses to gravity waves: Influences of increasing viscosity and thermal diffusivity. J. Geophys. Res. 110, D15103,
https://doi.org/10.1029/2004JD005574
Waltercheid R. L., Hecht J. H. (2003). A reexamination of evanescent acoustic-gravity waves: Special properties and aeronomical significance. J. Geophys. Res. 108, D11. 4340.
https://doi.org/10.1029/2002JD002421
Zhang S. D., Yi F. (2002). A numerical study of propagation characteristics of gravity wave packets propagating in a dissipative atmosphere. J. Geophys. Res. 107. D14. P.1-9.
