Особливі акустико-гравітаційні хвильові моди в ізотермічній атмосфері

Федоренко, АК, Клименко, ЮО, 1Черемних, ОК, Крючков, ЄІ, Жук, ІТ
1Інститут космічних досліджень Національної академії наук України та Державного космічного агентства України, Київ
Косм. наука технол. 2023, 29 ;(2):45-53
https://doi.org/10.15407/knit2023.02.045
Язык публикации: Українська
Аннотация: 
Показано, що спектр акустико-гравітаційних хвиль в ізотермічній атмосфері включає чотири особливих еванесцентних моди. Ці моди є розв’язками системи гідродинамічних рівнянь для малих атмосферних збурень у припущенні, що одна з величин (горизонтальна або вертикальна складові швидкості частинок, флуктуації щільності чи температури) дорівнює нулю. Три з чотирьох вказаних мод (хвиля Лемба, коливання Брента — Вяйсяля та f-мода) є добре відомими, однак раніше вони отримувались з інших міркувань і розглядались як окремі розв’язки.
         Нещодавнє виявлення авторами роботи еванесцентної γ-моди дозволило показати, що всі чотири вказані моди утворюють певне сімейство особливих мод ізотермічної атмосфери. На спектральній діаграмі частота — хвильовий вектор є чотири дисперсійні криві особливих мод, на яких одна зі збурених величин дорівнює нулеві. Ці криві лежать в еванесцентній області спектру акустико-гравітаційних хвиль. Вони перетинаються одна з одною у п’яти точках. Показано, що у точках перетину особливі моди не можуть взаємодіяти. Поляризаційні співвідношення між двома збуреними величинами мають різний знак по обидва боки від особливої кривої, якщо одна з величин на цій кривій дорівнює нулю. Ці властивості можна використовувати як індикатори особливих мод при експериментальному вивченні еванесцентного спектру АГХ. Проаналізовано можливість спостереження цих мод в атмосфері Землі та на Сонці за поляризаційними співвідношеннями. 
Ключевые слова: ізотермічна атмосфера, акустико-гравітаційна хвиля, специфічні еванесцентні хвильові моди
References: 
1. Kryuchkov E. I., Fedorenko A. K. (2012). Peculiarities of energy transport in the atmosphere by acoustic gravity waves. Geomagn. Aeron. 52. Р. 251-257.
https://doi.org/10.1134/ S0016793212010057.
2. Fedorenko A. K., Zakharov I. V. (2012). Specific oscillatory mode in the polar thermosphere. Kosm. nauka tehnol. 18, N 2. Р. 26-32.
3. Fedorenko А.К., Kryuchkov E.I., Cheremnykh O.K., Melnychuk S.V., Zhuk I.T. Жук І. Т. (2022). Properties of acoustic-gravity waves at the boundary of two isothermal media. Kinematika i Fizika Nebesnykh Tel. 38, N6, Р. 79-95.
https://doi.org/10.15407 /kfnt2020.04.015.
4. Cheremnykh O. K., Fedorenko A. K., Kryuchkov E. I., Selivanov Y. A. (2019). Evanescent acoustic-gravity modes in the isothermal atmosphere: systematization, applications to the Earth's and Solar atmospheres. Ann. Geophys. 37, N 3. P. 405-415.
5. Cheremnykh O. K., Fedorenko A. K., Selivanov Y. A., Cheremnykh S. O. (2021). Continuous spectrum of evanescent acoustic-gravity waves in an isothermal atmosphere. Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 503, № 4. P. 5545-5553.
htttps://doi.org/10.1093/mnras/st.ab845.
6. Deubner F.-L., D. Fleck, C. Marmolino, G. Severino. (1990). Dynamics of the solar atmosphere. IV. Evanescent waves of small amplitude. Astron. Astrophys. 236. 509-514.
7. Gossard E., Hooke W. Waves in the Atmosphere: Atmospheric Infrasound and Gravity Waves: Their Generation and Propagation. Elsevier Scientific Publishing Company. 1975. 456 p.
8. Hines C.O. (1960). Internal gravity waves at ionospheric heights. Can. J. Phys. 38. P. 1441-1481.
9. Ichimoto K., Hamana S., Kumagai K., Sakurai T., Hiei E. (1990). Phase relation between velocities and temperature fluctuations of the solar 5-minute oscillation. In: Osaki Y., Shibahashi H. (eds) Progress of Seismology of the Sun and Stars. Lecture Notes in Physics. 367. Springer, Berlin, Heidelberg.
10. Jones W. L. (1969). Non-divergent oscillations in the Solar Atmosphere. Solar Phys. 7. P. 204-209.
11. Lamb H. Hydrodynamics. Dover, New York, 1932. 362 p.
12. Roy A., Roy S., Misra A.P. (2019). Dynamical properties of acoustic-gravity waves in the atmosphere. J. of Atmos. and Solar-Terr. Phys. 186. P. 78-81.
13. Tolstoy I. The theory of waves in stratified fluids including the effects on gravity and rotation. (1963). Rev. of Modern Phys. 35, N 1. P. 207 - 230.
14. Vadas S. L., Fritts M. J. (2005). Thermospheric responses to gravity waves: Influences of increasing viscosity and thermal diffusivity. J. Geophys. Res. 110, D15103,
15. Waltercheid R. L., Hecht J. H. (2003). A reexamination of evanescent acoustic-gravity waves: Special properties and aeronomical significance. J. Geophys. Res. 108, D11. 4340.
16. Zhang S. D., Yi F. (2002). A numerical study of propagation characteristics of gravity wave packets propagating in a dissipative atmosphere. J. Geophys. Res. 107. D14. P.1-9.