跳至主要內容

大氣中的漣漪

大氣中的漣漪

譚曉晴
2019年12月

將一塊石頭掉落池塘,平靜的水面會被干擾而出現一圈圈漣漪。同樣地在合適的條件下,大氣也會泛起漣漪。當大氣處於穩定的狀態下,下層空氣密度會較上層高。若穩定的大氣受到外力影響,例如一團位於下層的空氣被迫抬升至上層密度較低的位置,它便會受重力影響而向下沉。當該氣團繼續下沉至較原來高度更低的位置時,由於附近空氣的密度會較高,氣團便會因浮力而再次上升。這上下振動的運動會在大氣中泛起稱為大氣重力波的漣漪。
大氣重力波的其中一個例子是越過山脊的氣流。當風力夠大,氣流便能越過山脊,空氣會沿山坡被迫抬升。若山頂附近的大氣是在穩定的狀態時,於背風處有機會形成重力波(圖一)。空氣沿著波動上升時會有利於雲的形成,而沿著波動下沉時則有利於晴空出現,圖二的莢狀雲便是因波動氣流而形成的例子。雲有時會沿著整段波動形成,並於衛星圖像的動畫上呈現出靜止的條紋排列(圖三)。當飛機飛越山脈時,氣流中的波動起伏可能令飛行變得顛簸;但另一方面,無動力滑翔機就可利用重力波的上升氣流而進行攀升(參考[1])。
圖一
圖一   大氣重力波於背風處的示意圖。
圖二
圖二   莢狀高積雲(2018年6月20日梁榮武攝於冰島,參考[2])。
圖三
圖三   2019年3月20日「向日葵 8 號」衛星的可見光圖像動畫捕捉到中國東南部的山脈地區出現由重力波造成靜止而排成長列的高積雲(以藍色箭咀標示)。