موجة جوية

الموجة الجوية هي اضطراب دوري في حقول المتغيرات الجوية (مثل ضغط السطح أو الارتفاع الجيوبوتنشالي ، ودرجة الحرارة ، أو سرعة الرياح )، وقد تنتشر ( موجة متحركة ) أو تبقى ثابتة ( موجة واقفة ) . تتفاوت الموجات الجوية في نطاقها المكاني والزماني من الموجات الكوكبية واسعة النطاق ( موجات روسبي ) إلى الموجات الصوتية الدقيقة. تُعرف الموجات الجوية التي تكون دوراتها توافقية ليوم شمسي واحد (مثل 24 ساعة، 12 ساعة، 8 ساعات، إلخ) باسم المد والجزر الجوي .

تختلف آلية توليد الموجة، كالتولد الأولي أو المطوّل للاضطراب في المتغيرات الجوية. عمومًا، تنشأ الموجات إما بفعل التسخين أو التأثيرات الديناميكية ، كإعاقة التدفق بواسطة سلاسل جبلية كجبال روكي في الولايات المتحدة أو جبال الألب في أوروبا . قد تكون تأثيرات التسخين صغيرة النطاق (كتكوين موجات الجاذبية بفعل الحمل الحراري ) أو كبيرة النطاق (كتكوين موجات روسبي نتيجة التباينات الحرارية بين القارات والمحيطات في فصل الشتاء في نصف الكرة الشمالي ).

تنقل الموجات الجوية الزخم ، الذي يعود إلى التدفق الأساسي مع تلاشي الموجة . ويُعدّ تأثير هذه الموجات على التدفق ذا أهمية خاصة في طبقة الستراتوسفير ، حيث يؤدي ترسب الزخم بواسطة موجات روسبي على نطاق كوكبي إلى ارتفاعات مفاجئة في درجة حرارة الستراتوسفير ، بينما يؤدي الترسب بواسطة موجات الجاذبية إلى التذبذب شبه السنوي .

في الوصف الرياضي للأمواج الجوية، تُستخدم التوافقيات الكروية . عند دراسة مقطع من موجة على طول دائرة خط العرض ، يُعادل ذلك شكلًا جيبيًا . يمكن أن تتخذ التوافقيات الكروية، التي تُمثل أنماط موجات روسبي-هاورويتز الكوكبية الفردية، أي اتجاه بالنسبة لمحور دوران الكوكب. ^{[ 1 ]} ومن اللافت للنظر أنه على الرغم من أن وجود أنماط الموجات الكوكبية هذه يتطلب دوران الكوكب حول محوره القطبي، فإن سرعة طور أنماط الموجات الفردية لا تعتمد على الاتجاه النسبي لنمط الموجة التوافقية الكروية بالنسبة لمحور الكوكب. ويمكن إثبات أن هذا نتيجة للتناظر الكروي (التقريبي) الأساسي للكوكب، حتى وإن كان هذا التناظر ينكسر بفعل دوران الكوكب. ^{[ 2 ]}

لأن انتشار الموجة ناتج بشكل أساسي عن عدم توازن القوى المؤثرة على الهواء (والذي غالباً ما يُنظر إليه من حيث كتل الهواء عند دراسة حركة الموجة)، فإن أنواع الموجات وخصائص انتشارها تختلف باختلاف خطوط العرض، ويرجع ذلك أساساً إلى أن تأثير كوريوليس على التدفق الأفقي يكون في أقصى حد له عند القطبين وينعدم عند خط الاستواء .

هناك أربعة أنواع مختلفة من الموجات:

• الموجات الصوتية (عادة ما يتم استبعادها من معادلات حركة الغلاف الجوي بسبب ترددها العالي)

هذه موجات طولية أو موجات ضغط . تنتشر الموجة الصوتية في الغلاف الجوي من خلال سلسلة من الانضغاطات والتمددات الموازية لاتجاه الانتشار.

• موجات الجاذبية الداخلية (تتطلب استقرار طبقات الغلاف الجوي)
• موجات الجاذبية بالقصور الذاتي (وتشمل أيضًا تأثير كوريوليس كبير على عكس موجات الجاذبية "العادية").
• موجات روسبي (يمكن رؤيتها في المنخفضات والتلال في مستوى الجهد الجيوبوتنشالي 500 هكتوباسكال الناتج عن الأعاصير والمنخفضات الجوية في خطوط العرض المتوسطة )

ويمكن أيضاً ملاحظة موجات روسبي-الجاذبية المختلطة وموجات كلفن عند خط الاستواء .

• الديناميكا الحرارية للغلاف الجوي

• هولتون، جيمس ر.: مقدمة في علم الأرصاد الجوية الديناميكي 2004 ISBN 0-12-354015-1