リー波

気象学では、風下波は大気の定常波です。最も一般的な形態は山岳波で、大気内部の重力波です。これらは、1933年にドイツのグライダーパイロット、ハンス・ドイチュマンとヴォルフ・ヒルトによってジャイアント山脈の上空で発見されました。^{[1] [2] [3]} これらは、風が山や山脈の上を吹くときの地形性揚力などの垂直方向の変位によって引き起こされる気流内の気圧、温度、および標高の周期的な変化です。これらはまた、断崖や台地の上を吹く地表風によっても引き起こされる可能性があり、^[4]または上昇気流や雲列で偏向した上層風によっても引き起こされる可能性があります。

垂直方向の動きによって、この気流内の空気の速度と方向が周期的に変化します。これらは常に、それを引き起こす地形の風下側で集団で発生します。山岳波は、山脈の風下で降水量を増やすのに役立つ場合があります。^[5]通常、回転軸が山脈と平行な乱流渦が最初の谷の周囲に生成されます。これはローターと呼ばれます。最も強い風下波は、減衰率が障害物の上に安定層を示し、その上下に不安定層がある場合に発生します。^[4]

山脈の麓では、山岳波によって強風（突風時速100マイル（160 km/h）以上）が発生することがあります。^{[6] [7] [8] [9]}これらの強風は、予期せぬ山火事の成長と拡大に寄与する可能性があります（2016年のグレートスモーキーマウンテンズ山火事では、スモーキーマウンテンズの山火事の火の粉がガトリンバーグとピジョンフォージ地域に吹き飛ばされました）。^[10]

風下波は、安定した成層流が障害物に押し流されるときに発生する内部重力波の一種です。この乱れにより、空気塊は中性浮力レベルよりも高くなります。そのため、浮力回復力は、乱れた空気塊のBrunt-Väisäla 周波数での垂直振動を励起するように作用します。この周波数は、大気の場合、次のようになります。

${\displaystyle N={\sqrt {{g \over \theta _{0}}{d\theta _{0} \over dz}}}}$ここで、 は潜在温度の垂直プロファイルです。 ${\displaystyle \theta _{0}(z)}$

垂直軸から の角度で傾いた振動は、の低い周波数で発生します。これらの空気塊の振動は、波面 (一定位相の線) と平行に同時に発生します。これらの波面は、摂動を受けた圧力場の極値 (最低圧力と最高圧力の線) を表し、波面間の領域は、摂動を受けた浮力場の極値(最も急速に浮力が増減する領域) を表します。 ${\displaystyle \phi}$${\displaystyle N\cos {\phi}}$

エネルギーは波面（空気塊の振動に平行）に沿って伝播し、波群速度の方向となる。対照的に、波の位相伝播（または位相速度）はエネルギー伝達（または群速度）に対して垂直となる。^{[11] [12]}

風下波とローターは、大気中に十分な水分があり、空気を露点まで冷却するのに十分な垂直変位がある場合、特定の波状雲の形成によって示されることがあります。波は、雲のマーカーがない乾燥した空気でも形成されることがあります。^[4]波状雲は通常の雲のように風下に移動せず、それらを形成する障害物に対して位置が固定されたままです。

• 波の頂上付近では、断熱膨張冷却によりレンズ状の雲(レンチキュラリス) が形成されることがあります。上空に比較的乾燥した空気と湿った空気の層が交互に存在する場合、複数のレンチキュラ雲が互いに積み重なることがあります。
• ローター雲は、 その湧昇部に積雲または積雲の破片を生成することがあり、これは「ロール雲」としても知られています。ローター雲は積雲の線に似ています。それは風下側に形成され、尾根線と平行になります。その基部は山頂の高さに近いですが、頂上は山頂よりはるかに上に伸び、上のレンズ雲と融合することがあります。ローター雲は風下側の縁が不規則で、危険なほど乱気流が激しいです。^[4]
• フェーン壁雲は山の風下側に存在する可能性がありますが、これは風下波の存在を示す信頼できる兆候ではありません。
• 波を発生させる山や積雲の上に、レンズ雲に似た傘雲または帽子雲が形成されることがあります。
• 各波動振動の谷間の断熱圧縮加熱によって、気団内の積雲や層雲が蒸発し 、「波の窓」または「フェーン現象の隙間」が形成されることもあります。

風下波は、グライダーが滑空中に高度を上げたり、長距離を飛行したりする可能性を提供します。速度、距離、高度の世界記録の波飛行パフォーマンスは、シエラネバダ、アルプス、パタゴニアアンデス、南アルプス山脈の風下で達成されました。^[13] Perlanプロジェクトは、風下波を使用して無動力グライダーで対流圏界面を超えて上昇し、成層圏定在波に移行する可能性を実証する取り組みを行っています。彼らは2006年8月30日にアルゼンチンで初めてこれを実行し、高度15,460メートル（50,720フィート）まで上昇しました。^{[14] [15]} Organisation Scientifique et Technique du Vol à VoileのMountain Wave Projectは、風下波と関連するローターの分析と分類に焦点を当てています。^{[16] [17] [18]}

ソアリングに適した強い風下波が生まれる条件は次のとおりです。

• 高度とともに風速が徐々に増加する
• 風向が山の稜線に対して垂直から30°以内
• 安定した大気中の低高度の強い風
• 尾根上の風速は少なくとも20ノット

ローター乱気流は、気球、ハンググライダー、パラグライダーなどの他の小型航空機にも有害である可能性があります。大型航空機にとっても危険です。この現象は、 1966年に日本の富士山付近で発生したBOAC911便（ボーイング707）の飛行中の分解や、 1993年にアラスカ州アンカレッジ付近で発生したエバーグリーン国際航空のボーイング747貨物機の飛行中のエンジン分離など、多くの航空事故やインシデントの原因であると考えられています。 ^[19]

波の上昇気流はグライダーを非常に高い高度まで上昇させるが、風下波の中で水平巡航飛行を維持しようとするジェット機に高高度での乱気流を引き起こすこともある。風下波の中または上空の上昇気流、下降気流、乱気流は速度超過、失速、または制御不能を引き起こす可能性がある。

さまざまな大気条件下で形成される、さまざまな種類の波があります。

• 風のせん断も波を生み出す可能性があります。これは、大気の逆転層が風向の大きな違いを持つ2つの層を分離するときに発生します。風が下から上昇する上昇気流によって引き起こされる逆転層の歪みに遭遇すると、歪みの風下に顕著なせん断波が発生し、それが上昇に利用されます。 ^[20]

• 跳水によって誘発される波は、山の大きさに比べて密度は薄いが下層の空気が存在する場合に形成される波の一種です。山を越えた後、流れの谷間に一種の衝撃波が形成され、跳水と呼ばれる急激な垂直方向の不連続が形成され、山の高さより数倍も高くなることがあります。跳水は、非常に乱流であるという点でローターに似ていますが、ローターほど空間的に局所的ではありません。跳水自体は、その上を移動する安定した空気の層に対する障害物として機能し、それによって波を引き起こします。跳水はそびえ立つロール雲によって区別でき、シエラネバダ山脈^[21]や南カリフォルニアの山脈で観測されています。
• 静水圧波は、空間的に大きな障害物の上に形成される垂直に伝播する波です。静水圧平衡では、流体の圧力は高度のみに依存し、水平方向の変位には依存しません。静水圧波は、静水力学の法則にほぼ従う、つまり圧力振幅が主に水平方向ではなく垂直方向に変化することからその名前が付けられています。従来の非静水圧波は、高度にほとんど依存しない水平方向の揚力と沈下の波動が特徴ですが、静水圧波は、同じ地上位置で異なる高度の揚力と沈下の波動が特徴です。
• ケルビン・ヘルムホルツ不安定性は、連続流体内に速度せん断が存在する場合、または 2 つの流体間の界面に十分な速度差がある場合に発生する可能性があります。
• ロスビー波（または惑星波）は、緯度によるコリオリ効果の変化を復元力とする大気中の大規模な運動です。

• 重力波
• 北西アーチ

• Alexander, P.; Luna, D.; Llamedo, P.; de la Torre, A. (2010-02-19). 「GPS 電波掩蔽観測によるパタゴニアと南極のアンデス山脈付近の重力波研究」Annales Geophysicae . 28 (2): 587–595. Bibcode :2010AnGeo..28..587A. doi : 10.5194/angeo-28-587-2010 . hdl : 11336/61424 . ISSN  0992-7689.

• Grimshaw, R., (2002).環境層別フロー. ボストン: Kluwer Academic Publishers.
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• Nappo, C., (2002).大気重力波入門. ボストン: アカデミック プレス.
• Pielke, R., (2002).メソスケール気象モデリング. ボストン: アカデミック プレス.
• Turner, B., (1979).流体の浮力効果. ケンブリッジ、イギリス: ケンブリッジ大学出版局.
• Whiteman, C., (2000). Mountain Meteorology . オックスフォード、イギリス: Oxford University Press.

ウィキメディア・コモンズには、地形波に関連するメディアがあります。

• マウンテンウェーブプロジェクト公式サイト
• アルゼンチン、バリローチェの山の波の気象データ、衛星写真、雲画像の時系列コレクション（スペイン語）
• 南部アパラチア山脈の西麓における山岳波に伴う強風とフェーン現象について
• 南部アパラチア山脈の西麓に沿った山岳波による強風の面積範囲の調査
• アルゼンチン南部における SOUTHTRAC (南半球上部対流圏と下部成層圏の輸送と構成) キャンペーン