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大气中的涟漪

大气中的涟漪

谭晓晴
2019年12月

将一块石头掉落池塘,平静的水面会被干扰而出现一圈圈涟漪。同样地在合适的条件下,大气也会泛起涟漪。当大气处于稳定的状态下,下层空气密度会较上层高。若稳定的大气受到外力影响,例如一团位于下层的空气被迫抬升至上层密度较低的位置,它便会受重力影响而向下沉。当该气团继续下沉至较原来高度更低的位置时,由于附近空气的密度会较高,气团便会因浮力而再次上升。这上下振动的运动会在大气中泛起称为大气重力波的涟漪。
大气重力波的其中一个例子是越过山脊的气流。当风力够大,气流便能越过山脊,空气会沿山坡被迫抬升。若山顶附近的大气是在稳定的状态时,于背风处有机会形成重力波(图一)。空气沿著波动上升时会有利于云的形成,而沿著波动下沉时则有利于晴空出现,图二的荚状云便是因波动气流而形成的例子。云有时会沿著整段波动形成,并于卫星图像的动画上呈现出静止的条纹排列(图三)。当飞机飞越山脉时,气流中的波动起伏可能令飞行变得颠簸;但另一方面,无动力滑翔机就可利用重力波的上升气流而进行攀升(参考[1])。
图一
图一   大气重力波于背风处的示意图。
图二
图二   荚状高积云(2018年6月20日梁荣武摄于冰岛,参考[2])。
图三
图三   2019年3月20日「向日葵 8 号」卫星的可见光图像动画捕捉到中国东南部的山脉地区出现由重力波造成静止而排成长列的高积云(以蓝色箭咀标示)。