(Sekcja 2.4.3)
W stabilnym środowisku, silne wiatry wiejące prostopadle do bariery (takiej jak góra) są zmuszone do wznoszenia się po stronie nawietrznej i opadania wzdłuż zboczy nawietrznych. Zakłócony strumień powietrza zaczyna oscylować w serii fal, gdy porusza się w dół rzeki, generując fale górskie.
Jeśli fale pozostają zasadniczo nieruchome, podczas gdy powietrze porusza się przez nie, są one określane jako nieturbulentne fale stacjonarne lub stojące (a także uwięzione fale lee). Gdy powietrze jest wystarczająco wilgotne, w powietrzu wznoszącym się na grzbietach fal mogą pojawić się chmury orograficzne (Rysunek 5). Najczęściej tworzą się one nad lub pod wiatr od łańcuchów górskich i pozostają nieruchome, zwykle przez kilka godzin (rzadko dłużej niż dzień).
Dla obserwatora na ziemi chmury te poruszają się bardzo wolno, jeśli w ogóle, chociaż wiatr na poziomie chmur może być silny. W niektórych przypadkach prędkość wiatru jest ujawniana przez ślady w chmurze, na przykład przez oddzielne elementy, które poruszają się od jednego końca chmury do drugiego. Te chmury w kształcie soczewkowatym wytwarzane przez fale górskie są wskaźnikiem silnych wiatrów w stabilnych środkowych warstwach atmosfery. Nie wytwarzają one opadów atmosferycznych.
Rysunek 5. Fale górskie
Niekiedy fale te rozchodzą się na duże odległości w „ciągach fal lee”, więc ich skutki mogą być odczuwalne również w dużej odległości. Można je zaobserwować zorientowane w długich pasmach równoległych do pasma górskiego, w regularnych odstępach kilku kilometrów (Rysunek 6).
Na zdjęciach satelitarnych tworzą one wzór linii strumieni.
Ryc. 6. Obraz satelitarny ciągów fal letnich (A = wyrównanie zasięgu; B= kierunek wiatru)
Chmury falowe mogą również pojawiać się jednocześnie na różnych poziomach. Często nad wzgórzem lub górą pojawia się jedna lub kupka kilku chmur lenticularis o kształcie orograficznym, czasem lekko pod wiatr lub z wiatrem. Wpływ orograficzny na przepływ powietrza może być znaczący na poziomach wielokrotnie przekraczających poziomy szczytów lub grzbietów, sięgając nawet stratosfery (rysunek 7).
Rysunek 7. Trapped lee waves
W szerokich grzbietach górskich, gdy występuje duża stabilność atmosfery poprzez głębokość atmosfery i wyraźne ścinanie wiatru nad szczytem góry, mogą wystąpić fale propagujące pionowo, gdzie energia propaguje w górę. Są to tzw. nieuwięzione fale lee, a chmura wirowa powstała w wyniku oddziaływania orograficznego (Rysunek 8) wskazuje na turbulencję w pobliżu szczytu troposfery. Czasami wierzchołki fali mogą sięgać poza poziom wysoki do stratosfery.
Rysunek 8. Fala rozchodząca się pionowo
Gdzie pomiędzy wzgórzem a chmurą jest wyraźna szczelina (foehn gap), turbulencja prawdopodobnie będzie silna. Tam, gdzie nie ma wyraźnej szczeliny między wzgórzem a chmurą, wtedy turbulencje będą prawdopodobnie słabe.
Choć dowody w postaci chmur stają się sygnaturą ruchu powietrza i turbulencji, to czasami występują one bez wizualnych wskaźników. Turbulencja czystego powietrza często występuje w pobliżu tropopauzy z powodu pionowo rozchodzących się fal w suchych warunkach.
W pewnych okresach amplituda fal górskich może osiągać wysokie wartości, a energia fal rozchodzi się w dół bezpośrednio pod wiatr od grzbietu, powodując znaczące zjawiska pogodowe, takie jak łamiące się fale, silne do ekstremalnych turbulencje, rotory i niszczące wiatry zboczowe po zawietrznej stronie bariery górskiej.
Pod chmurą falową, w niższych warstwach, może utworzyć się duży wir o poziomej osi (Rysunek 9). Jeśli wznoszące się powietrze z tego dużego stacjonarnego wiru wystarczająco się ochłodzi, w górnej części może pojawić się pręt chmurowy zwany „chmurą rotorową” (chmurą kłębiastą). Chmury wirnikowe lub kłębiaste wskazują na obszar silnych turbulencji na powierzchni Ziemi lub w jej pobliżu, z wiatrami powierzchniowymi o bardzo zmiennym kierunku i/lub prędkości, stanowiącymi zagrożenie dla lotnictwa.
Rysunek 9. Chmura wirnikowa