Waves in heavy stratified gas: splitting into acoustic and gravity waves subproblems

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Two-dimensional linearized hydrodynamic equations describing the wave propagation in a stratified heavy gas are considered. The hydrodynamic equation system is reformulated as a single Schr?odinger type operator equation. The waves with βlzlx1 are considered, where lz and lx are the characteristic vertical and horizontal scales, respectively, and the asymptotic behavior of solutions as β0. It is shown that the set of solutions depending on β form two disjoint classes. For solutions from each of the selected classes, its own, asymptotic as β0 , approximate equation system is proposed. The selected classes of solutions are acoustic and internal gravity waves. It is shown that the hydrodynamic variables of acoustic and gravity waves are related by certain stationary relationships, different for each class. This allows to pose the problem of separating the contributions of acoustic and gravity waves in the initial condition. The existence of a solution to this wave separation problem is shown. Examples of solving the problem of dividing the general problem into subproblems on the propagation of acoustic and gravity waves are given. Estimates for the division of the energy of the initial disturbance by wave type are obtained.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. P. Kshevetskii

Kant Baltic Federal University; A. M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics of the Russian Academy of Sciences; Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: spkshev@gmail.com
Russian Federation, 236041, A. Nevskogo str. 14, Kaliningrad; 119017, Pyzhevsky per., 3, Moscow; 199034, Universitetskaya nab., 7/9, Saint Petersburg

Yu. A. Kurdyaeva

Kaliningrad Branch of the N.V. Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences

Email: yakurdyaeva@gmail.com
Russian Federation, 236035, ul. Pionerskaya 61, Kaliningrad

N. M. Gavrilov

Saint Petersburg State University

Email: n.gavrilov@spbu.ru
Russian Federation, 199034, Universitetskaya nab., 7/9, Saint Petersburg

References

  1. Краснов В.М., Кулешов Ю.В. Изменение спектра инфразвукового сигнала при распространении волн от земной поверхности до высот ионосферы // Акуст. журн. 2014. Т. 60(1). С. 21–30.
  2. Петухов Ю.В. О возможности безотражательного распространения плоских акустических волн в непрерывно-стратифицированных средах // Акуст. журн. 2022. Т. 68(2). С. 129–138.
  3. Hines C.O. Atmospheric gravity waves. In Thermospheric circulation; Mir Press: Moscow, 1975.
  4. Yeh K.C. and Liu C.H. Acoustic-Gravity Waves in the Upper Atmosphere // Reviews of Geophysics and Space Physics. 1974. V. 12. P. 193–216.
  5. Григорьев Г.И. Акустико-гравитационные волны в атмосфере Земли (обзор) // Изв. вузов. Радиофизика. 1999. Т. 42(1). С. 3–24.
  6. Kshevetskii S.P., Kurdyaeva Y.A., Gavrilov N.M. Spectra of Acoustic-Gravity Waves in the Atmosphere with a Quasi-Isothermal Upper Layer // Atmosphere. 2021. V. 12. P. 818.
  7. Марчук Г.И. Численные методы в прогнозе погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 356 c.
  8. Gossard E.E., Hooke W.H. Waves in the Atmosphere, Elsevier Scientific Publishing Company, New York, 1975. 456 pp.
  9. Richmond A.D., Matsushita S. Thermospheric response to a magnetic substorm // J. Geoph. Res. 1975. V. 80. P. 2839–2850.
  10. Lions J.L., Temam R., Wang S. New formulations of the primitive equations of atmosphere and applications // Nonlinearity. 1992. V. 5. P. 237–288.
  11. Юдин В.А., Гаврилов Н.М. Алгоритм расчета распространения гравитационных волн от нестационарных локальных источников в стратифицированной атмосфере // Деп. в ВИНИТИ, 1985. № 2865–85. 41 c.
  12. Кшевецкий С.П. О длинных акустикогравитационных волнах в атмосфере с произвольной стратификацией по плотности // Известия РАН. Физ. атмосферы и океана. 1992. Т. 28. № 5. С. 558–559.
  13. Голицин Г.С., Григорьев Г.И., Докучаев В.П Излучение акустико-гравитационных волн при движении метеоров в атмосфере // Изв. АН СССР. Физ. атмосферы. и океана. 1977. T. 13. № 9. С. 926–935.
  14. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том VI. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. 735 c.
  15. Дикий Л.А. Теория колебаний земной атмосферы. Ленинград. Гидрометеоиздат, 1969. 194 с.
  16. Ладыженская О.А. О разрешимости нестационарных операторных уравнений // Матем. сб. 1956. Т. 39(81). № 4. С. 491–524.
  17. Richtmyer R.D. Princeples of Advanced Mathematical Physics. Springer: New York, NY, USA, 1978.
  18. Березин Ф.А., Шубин М.А. Уравнение Шредингера. М.: Издательство Московского университета. 1983.
  19. Габов С.А., Свешников А.Г. Задачи динамики стратифицированных жидкостей. М.: Наука, 1986. 288с.
  20. Габов С.А., Свешников А.Г. Линейные задачи теории нестационарных внутренних волн. М.: Наука, 1990. 344с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Vertical profile of the initial temperature disturbance.

Download (63KB)
3. Fig. 2. Vertical profile of density disturbance.

Download (75KB)
4. Fig. 3. Vertical profile of density disturbance.

Download (77KB)

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».