罗斯贝波

罗斯贝波，也称为行星波，是一种自然发生在旋转流体中的惯性波。 它们最初是由瑞典出生的美国气象学家卡尔-古斯塔夫·阿维德·罗斯比发现的。 由于行星的自转，它们在行星的大气层和海洋中被观察到。 地球上的大气罗斯贝波是高空风中的巨大曲流，对天气有重大影响。 这些波与压力系统和射流有关。 海洋罗斯贝波沿着温跃层移动：温暖的上层和寒冷的海洋深层之间的边界。

大气罗斯贝波是位涡守恒的结果，并受科里奥利力和压力梯度的影响。 旋转导致流体在北半球移动时向右移动，在南半球向左移动。 例如，从赤道向北极移动的流体将向东偏移； 从北方流向赤道的流体将偏向西方。 这些偏差是由科里奥利力和导致相对涡度变化的位涡度守恒引起的。 这类似于力学中的角动量守恒。 在包括地球在内的行星大气中，罗斯贝波是由于科里奥利效应随纬度的变化而产生的。 Carl-Gustaf Arvid Rossby 于 1939 年首次在地球大气层中发现了这种波，并继续解释了它们的运动。

人们可以将地球上的罗斯贝波识别为它的相速度，以它的波峰为标志，总是有一个向西的分量。 然而，收集到的一组罗斯贝波似乎以所谓的群速度向任一方向移动。 通常，较短的波具有向东的群速度，而长波具有向西的群速度。

正压和斜压这两个术语用于区分罗斯贝波的垂直结构。 正压罗贝波在垂直方向上没有变化，传播速度最快。 另一方面，斜压波模式在垂直方向上确实有所不同。 它们的速度也较慢，速度仅为每秒几厘米或更低。

大多数对罗斯贝波的研究都是在地球大气层中进行的。地球大气中的罗斯贝波很容易观察到（通常是 4-6 个）大范围的急流蜿蜒曲折。 当这些偏差变得非常明显时，大量的冷空气或暖空气就会分离，并分别成为低强度气旋和反气旋，并造成中纬度地区的日常天气模式。 罗斯贝波的作用部分解释了为什么北半球的东部大陆边缘，如美国东北部和加拿大东部，比同纬度的西欧更冷，以及为什么地中海在夏季干燥 (Rodwell-Hoskins) 机制）。

在热带非常温暖的海面上，例如在厄尔尼诺事件期间，到对流层的深层对流（传热）得到加强。 这种热带强迫会产生具有向极地和向东迁移的大气罗斯贝波。

向极地传播的罗斯贝波解释了许多观察到的低纬度和高纬度气候之间的统计联系。 其中一种现象是平流层突然变暖。 向极地传播的罗斯贝波是北半球变异性的一个重要且明确的部分，正如北美太平洋模式所表达的那样。 类似的机制适用于南半球，并部分解释了南极洲阿蒙森海地区的强烈变化。 2011 年，一项使用大气环流模型的自然地球科学研究将热带太平洋中部温度升高产生的太平洋罗斯贝波与阿蒙森海地区的变暖联系起来，导致南极洲西部埃尔斯沃思地和玛丽伯德地的冬季和春季大陆变暖 平流增加。

大气中的罗斯贝波，就像开尔文波一样，可以发生在任何有大气层的旋转行星上。 金星上的 Y 形云特征归因于开尔文和罗斯贝波。

大洋罗贝波是海盆内的大规模波浪。 与数百公里量级的大气罗斯贝波相比，它们的振幅较低，约为厘米（在地表）到米（在温跃层）。 他们可能需要几个月的时间才能穿越一个大洋盆地。 它们从海洋表层的风应力中获得动量，并被认为可以传达由于风和浮力引起的强迫变化引起的气候变化。 正压波和斜压波都会引起海面高度的变化，尽管波的长度使它们在卫星测高仪出现之前很难检测到。 卫星观测证实了大洋罗贝波的存在。