ВНУ́ТРЕННИЕ ВО́ЛНЫ

ВНУ́ТРЕННИЕ ВО́ЛНЫ (внут­рен­ние гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны), осо­бый вид вол­но­вых дви­же­ний в жид­кой или га­зо­об­раз­ной сре­де, ко­то­рая об­ла­да­ет пе­ре­мен­ной по вы­со­те плот­но­стью (т. н. стра­ти­фи­ци­ро­ван­ная сре­да). Ус­той­чи­вой стра­ти­фи­ка­ции со­от­вет­ст­ву­ет воз­рас­та­ние плот­но­сти в на­прав­ле­нии си­лы тя­же­сти. При на­ру­ше­нии рав­но­ве­сия (всплы­тии бо­лее тя­жё­лой жид­ко­сти вверх или опус­ка­нии бо­лее лёг­кой жид­ко­сти вниз) по­яв­ля­ет­ся воз­вра­щаю­щая си­ла, что и при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию ко­ле­ба­ний, пе­ре­даю­щих­ся со­сед­ним уча­ст­кам сре­ды. Осн. па­ра­мет­ром, ха­рак­те­ри­зую­щим В. в., слу­жит т. н. час­то­та пла­ву­че­сти $N$, или час­то­та Брен­та – Вяй­ся­ля, рав­ная час­то­те соб­ст­вен­ных ко­ле­ба­ний эле­мен­та жид­ко­сти в вер­ти­каль­ном на­прав­ле­нии. Час­то­та $N$ оп­ре­де­ля­ет­ся че­рез гра­ди­ент плот­но­сти: $$N = \sqrt{\frac{g}{\rho (z)}\frac{d\rho (z)}{dz}},$$ где $ρ(z)$ – за­ви­ся­щая от вы­со­ты $z$ плот­ность жид­ко­сти, $g$ – ус­ко­ре­ние си­лы тя­же­сти.

В мо­де­ли экс­по­нен­ци­аль­ной стра­ти­фи­ка­ции час­то­та $N$ по­сто­ян­на и за­кон дис­пер­сии, свя­зы­ваю­щий час­то­ту вол­ны $ω$ и вол­но­вой век­тор $\boldsymbol k$, для ко­рот­ких волн (при­бли­же­ние Бус­си­не­ска) име­ет вид: $ω=±N𝑘_h/𝑘$, где $𝑘_h$ – про­ек­ция вол­но­во­го век­то­ра на го­ри­зон­таль­ную плос­кость. Со­глас­но за­ко­ну дис­пер­сии, час­то­та В. в. за­ви­сит толь­ко от на­прав­ле­ния вол­но­во­го век­то­ра, но не от его ве­ли­чи­ны. Это при­во­дит к то­му, что эво­лю­ция фа­зо­вой по­верх­но­сти (по­верх­но­сти оди­на­ко­вых фаз) свя­за­на толь­ко с из­ме­не­ни­ем на­прав­ле­ния вол­но­во­го век­то­ра, и в слу­чае гар­мо­нич. то­чеч­но­го ис­точ­ни­ка фа­зо­вые по­верх­но­сти пред­став­ля­ют со­бой ко­нич. по­верх­но­сти с на­прав­лен­ной вер­ти­каль­но осью сим­мет­рии и пе­ре­мен­ным уг­лом рас­тво­ра (ко­ни­че­ские по­верх­но­сти схо­дят­ся к вер­ти­каль­ной оси и рас­хо­дят­ся от неё).

По­сколь­ку ат­мо­сфе­ра и оке­ан пред­став­ля­ют со­бой стра­ти­фи­ци­ро­ван­ные сре­ды, то в них все­гда име­ют­ся В. в., ко­то­рые иг­ра­ют важ­ную роль в про­цес­сах пе­ре­но­са энер­гии, по­ро­ж­де­ния тур­бу­лент­но­сти, фор­ми­ро­ва­нии тон­кой струк­ту­ры ат­мо­сфе­ры и океа­на и тем са­мым час­тич­но оп­ре­де­ля­ют ме­тео­ро­ло­гич. и кли­ма­тич. ус­ло­вия на Зем­ле.