גלי חסי

גלי חסי.

במטאורולוגיה, גלי חסי (באנגלית: Lee wave) הם סוג של גלים אטמוספיריים הנוצרים כתוצאה ממפגש של רוח בהר. אלו הם שינויים מחזוריים בלחץ האטמוספירי, טמפרטורה וגובה מעל פני הים בזרם של אוויר, הנגרמים על ידי הסטה אנכית של זרם האוויר, למשל רוח הנושבת על פני הר או רכס הרים. הם עשויים להיגרם גם, אם כי בממדים קטנים יותר, על ידי רוח הנושבת על מצוקים או רמות. גלי חסי נתגלו ב-1933 על ידי שני טייסי דאונים גרמנים.

תנאי הכרחי להיווצרותם של גלי חסי הוא יציבות אטמוספירית של שכבת האוויר הפוגעת בפני ההר; בתנאים כאלו, ההסטה האנכית של זרם האוויר מעניקה לגושי האוויר את הסטייה הראשונית ממצב שיווי משקל (משרעת התנודה) הנדרשת, כשלאחר מכן התנודות ממשיכות להתחולל מעצמן מתוקף יציבותה של שכבת האוויר. "גלי חסי" נקראים כך משום שהם מופיעים תמיד בצדו האחורי של ההר (הצד המחוסה).

תאוריה בסיסית

ניסוי מעבדה במכניקת הזורמים הממחיש את התנודות הנוצרות במפגש של זרימה במכשול דמוי הר.

גלי חסי הם צורה של גלי כבידה פנימיים הנוצרים כאשר זורם המשוכב באופן יציב מאולץ לנוע מסביב למכשול. ההפרעה מאלצת את גושי האוויר להתרומם אל מעל למפלס הציפה הנייטרלית שלהם. כאשר גוש אוויר מתרומם, הלחץ מסביבו יורד והגוש נאלץ להתפשט אדיאבטית כנגד הלחץ החיצוני הצונח. כתוצאה, צפיפות הגוש יורדת. במקרה זה, יציבות האוויר פירושה שאלמנט נפח של האוויר יאבד יותר ציפה מאשר משקל, משום שמפל הצפיפות באטמוספירה מהיר יותר מקצב ירידת הצפיפות של אלמנט הנפח, כך שעל פי חוק ארכימדס ייווצר כוח מחזיר. במילים אחרות, מצב של יציבות אטמוספירית פירושו שפרופיל הלחץ והצפיפות האנכי הוא כזה שגוש אוויר המועתק אנכית ממקומו ירצה לשוב למפלסו הראשוני, מה שמדכא תנועות אנכיות של אוויר.

מתמטית, הכוח המחזיר הזה גורם להתחוללות תנודות אנכיות של גושי אוויר בתוך הזרם בתדירות המכונה "תדירות בראנט-וייסלה":

$N={\sqrt {{g \over \theta _{0}}{d\theta _{0} \over dz}}}$ ,

כאשר $\theta _{0}(z)$ הוא הפרופיל האנכי של הטמפרטורה הפוטציאלית. מפל טמפרטורה פוטנציאלית אפס פירושו שמפל הטמפרטורה האמיתי באטמוספירה שווה במדויק למפל אדיאבטי, בעוד שהמקרים ${\frac {\partial \theta }{\partial z}}>0$ ו- ${\frac {\partial \theta }{\partial z}}<0$ תואמים למצב של אטמוספירה יציבה ואי-יציבה, בהתאמה.

תנודות המוטות ביחס לציר האנכי בזווית $\phi$ , יתחוללו בתדירות נמוכה יותר של $N\cos {\phi }$ .

סוגים אחרים של גלים אטמוספיריים

אי יציבות קלווין-הלמהולץ יכולה להתרחש כאשר ישנה גזירת מהירות בזורם משוכב בעל פרופיל צפיפות רציף, או כאשר ישנו הפרש מהירויות מספיק גבוה בממשק בין שני זורמים בעלי צפיפויות שונות.
גלי רוסבי (או גלים פלנטריים) הם תנועות בקנה מידה גדול באטמוספירה אשר הכוח המחזיר שלהם נגזר מההשתנות של אפקט קוריוליס מקו רוחב לקו רוחב.