Fala Kelvina – fala w oceanie lub atmosferze powstająca na skutek zaburzenia ruchu wody lub powietrza przez siłę Coriolisa, obserwowana w pobliżu linii brzegowej ląd-ocean lub na równiku.
Nazwa fali pochodzi od tytułu Lorda Kelvina, który w 1879 roku jako pierwszy opisał wpływ obrotu Ziemi na fale grawitacyjne w oceanie.
Długie fale w oceanie zachowują się inaczej niż fale na wodzie obserwowane w małej skali ze względu na obrót Ziemi. Równania opisujące ruch takiej fali dane są przez tzw. równania płytkiej wody.
gdzie jest prędkością równoległą do równoleżnika, a prędkość jest prędkością równoległą do południka, jest przyspieszeniem ziemskim, jest parametrem Coriolisa, jest odchyleniem od średniej wysokości kolumny wody (głębokość morza), parametr Coriolisa dany jest jako:
gdzie jest prędkością kątową Ziemi, a Φ jest szerokością geograficzną.
Brzeg morza stanowi barierę dla przepływu wody. Dla brzegu równoległego do równoleżnika (dla przykładu, w przybliżeniu polskie wybrzeże Bałtyku jest tak ułożone) przepływ wody jest także w kierunku równoleżnikowym, czyli v=0, wtedy:
Rozwiązania zależą tylko od y i można je ogólnie zapisać w postaci:
Związek dyspersyjny jest dany przez Prędkość grupową fali określa wzór: prędkość fazową Prędkość grupowa i fazowa nie zależą od częstości i są sobie równe oznacza to, że fala nie ulega dyspersji.
Rozwiązanie równań daje:
Amplituda fal Kelvina zanika eksponencjalnie od brzegu z długością zaniku, nazywaną promieniem Rossby’ego, = Promień Rossby'ego określa odległość od brzegu gdzie siła Coriolisa wywiera istotny wpływ na charakterystykę fali.
Fale te są obserwowane w Jeziorze Ontario czy też na kanale La Manche.
Podobne zjawisko zachodzi w oceanie tropikalnym wzdłuż równika gdzie równik odgrywa rolę brzegu. Jeżeli następuje lokalne zwiększenie prędkości wiatru z kierunku zachodniego, wywoływany jest przepływ wody w oceanie z zachodu na wschód. Na samym równiku siła Coriolisa znika. Poza nim, na półkuli północnej, siła ta odchyla cząstki wody na prawo od kierunku przepływu – czyli w kierunku z północy na południe. Z drugiej strony na półkuli południowej następuje odchylenie cząstek wody na lewo od kierunku przepływu, czyli z południa na północ. Powoduje to konwergencję wody na równiku i eksponencjalny zanik jej amplitudy prostopadle do równika. Fala ta nazywa się falą Kelvina schwytaną równikowo (ang. equatorially trapped Kelvin waves). Fala Kelvina jest symetryczna względem równika, a cząstki wody oscylują równolegle do równika.
Atmosferyczne fale Kelvina na równiku zostały opisane przez Matsuno w 1966 roku. Prędkość atmosferycznych fal Kelvina jest modyfikowana przez konwekcję w atmosferze i oddziaływanie z oceanem.