Особенности проникновения сверхзвуковых гравитационных волн от земной поверхности в верхние слои атмосферы

С использованием численной модели высокого разрешения моделируется распространение в верхние слои атмосферы гравитационных волновых мод, имеющих сверхзвуковые горизонтальные фазовые скорости на земной поверхности. Такие гравитационные волны могут возбуждаться, например, низкочастотными спектральными составляющими сейсмических волн, распространяющихся по поверхности земной коры с горизонтальными скоростями до нескольких километров в секунду. Согласно линейной теории гравитационные волновые моды с такими высокими горизонтальными скоростями должны быть захваченными, а их амплитуды экспоненциально уменьшаться с высотой. Численные эксперименты с нелинейной волновой моделью показали, что первоначальный импульс акустико-гравитационных волн, возникающий при «включении» нестационарного приземного волнового источника, может создавать систему относительно медленно движущихся мезомасштабных неоднородностей на высотах от нулевой до высоты верхней атмосферы. Захваченные гравитационные волновые моды, возбуждаемые наземным сверхзвуковым источником, могут подпитывать эту систему неоднородностей энергией и обеспечивать её существование в течение временных интервалов до десятков волновых периодов. Неоднородности могут формировать волнообразные наклонные фронты, похожие на эффективные гравитационные волны, распространяющиеся вверх. Таким образом, сверхзвуковые захваченные моды, возбуждаемые на земной поверхности, могут создавать атмосферные внутренние гравитационные волны, имеющие дозвуковые горизонтальные фазовые скорости и распространяющиеся до больших высот.

На английском языке

Using a high-resolution numerical model, we simulate the gravity wave (GW) modes having supersonic horizontal phase velocities on the Earth's surface and propagating to the upper atmosphere. Such GWs can be produced, for example, by low-frequency spectral components of the seismic waves propagating over the Earth's crust surface with horizontal velocities of up to a few kilometers per second. According to the linear theory, GW modes with so high horizontal velocities should be trapped, with their amplitudes exponentially decreasing with the altitude. Numerical experiments with a nonlinear wave model showed that the initial acoustic–gravity wave pulse occurring when a non-stationary ground wave source is "switched on" can create a system of relatively slow moving mesoscale irregularities at altitudes from the Earth's surface to the upper atmosphere. The trapped GW modes excited by a supersonic surface source may feed this system of irregularities with energy and ensure its existence within time intervals of up to tens of wave periods. The irregularities can form undulatory inclined wave fronts, similar to effective upward propagating GWs. Thus, the supersonic trapped modes excited on the Earth's surface can create atmospheric internal GWs having subsonic horizontal phase velocities and spreading to high altitudes.