Динамика атмосферы и океаны - Гилл А.
Скачать (прямая ссылка):
Ю Зак. 796
до значений, соответствовавших зональным волновым числам порядка 3—4. Таким образом, волны, распространяющиеся через область западных ветров из зоны тропиков, должны подразделяться на две группы. Первая группа с высокими (4—7) волновыми числами будет сосредотачиваться на южной стороне течения, в то время как волны с более низкими волновыми числами (1—3) будут распространяться до высоких широт за время порядка одной недели. Оказалось, что поведение возмущений зимнего зонального потока, воспроизведенное с помощью пятиуровенной модели атмосферы, обладает теми же свойствами. На рис. 12.14, а показаны возмущения высоты поверхности 300 мбар, которые возникают под влиянием протяженного по вертикали источника тепла эллиптической формы (заштрихованная область) с центром на широте 15° с. ш. Преобладает изменчивость, соответствующая траекториям воли с низкими волновыми числами. Высокие уровни энергии возмущений отмечаются в окрестности предельных широт (где / = 0). Их локализацию можно предсказать, используя метод Лиувил-ля — Грина, или ВКБ (см. разд. 8.12). В работе [823] приводятся сведения о наблюдениях аналогичного распределения возмущений в реальной атмосфере. Пример такого процесса показан на рис. 12.14,6. Известны два процесса подобного типа: «тихоокеанско-североамериканский», связанный с зоной мощной конвекции в юго-восточной Азии, и «западно-атлантический», который возникает как результат притока тепла в конвективной зоне в Южной Америке. Оказывается, что эти зоны конвекции создают реакцию двух типов: бароклинная реакция сосредоточена в пределах тропиков (она обсуждалась в гл. И), а преимущественно баротропная — в более высоких широтах.
Другим чрезвычайно интересным примером квазистационар-ного процесса служит явление «блокирования». Оно характеризуется необычно большой продолжительностью постоянных погодных условий (см., например, [662]). Реализация эффекта блокирования продемонстрирована на рис. 12.15, где показаны осредненные за январь 1963 г. высоты изобарической поверх-
Рис. 12.14. (а) Отклонения высоты поверхности 300 мбар, вызванные возмущающим зимнее зональное течение Северного полушария глубоким эллиптическим источником тепла на широте 15° с. ш. (заштрихованная область). По результатам расчета на основе линейной пятиуровенной численной модели. Отрицательные изолинии показаны штриховыми линиями, нулевые — пунктирными, а положительные — непрерывными линиями. (Из [353, рис. Зс].) (б) Сводная карта аномалий высоты поверхности 700 мбар для пяти зим, которые были холоднее нормы в восточной части США и характеризовались подъемом поверхности 700 мбар в западной части Канады. Это зимы 1960— 1961, 1962—1963, 1967—1968, 1969—1970 и 1976—1977 годов. Такое распределение известно как тихоокеанско-североамериканское. Изолинии проведены через 20 м. Отметим, что в отличие от рис. (а) картина ограничена параллелью 20° с. ш., а не экватором. (Из [823].)
it
Рис. 12.15. Осредненные изолинии (в десятках футов) высоты поверхности 700 мбар в январе 1963 г. Впадина (отмечена жирными непрерывными линиями) совпадает с областями, где изолинии максимально смещены на юг. Необычность конфигурации состоит в существовании двух зон блокирования, которые связаны с подъемом поверхности и находятся в восточной Атлантике и восточной части Тихого океана. (Из [597].)
ности 700 мбар. Этот месяц отличался исключительными холодами в Северной Америке, Европе и на Дальнем Востоке. На рисунке следует отметить огромные меридиональные смещения изобар. Особенно большие смещения связаны с сильными анти-циклоническими гребнями над восточными частями Тихого океана и Атлантики. Исследования возбуждения баротропных течений особенностями рельефа [123, 295, 160] показали, что при одной и той же вынуждающей силе возможны два типа стационарной реакции. При первом образуется мощное зональное течение с такими большими скоростями, что рельеф не может генерировать стоячие волны (/7/(3 превосходит квадрат обратного волнового числа). При этом волновое трение, естественно, оказывается слабым, и мощный поток может существовать достаточно долго. Противоположная возможность связана с ге-
нерацией слабо докритического потока, т. е. потока с такими скоростями, которые лишь чуть-чуть меньше значения, допускающего существование стационарных волн. В этом случае возникает очень сильное трение. Оно и оставляет поток докри-тическим. Вместе с тем, под влиянием изменения вынуждающих сил или за счет случайных внутренних изменений (эффекты других возмущений) ситуации могут переходить из одной в другую. Оказывается, что подобные изменения действительно имеют место в природе. Вторая (докритическая) ситуация очень сильно напоминает реально наблюдавшиеся явления блокирования. Эти явления приобретают очень большое значение в связи с тем, что они могут быть причиной сильных долговременных аномалий погодных условий, которые наблюдались, например, в течении очень холодной зимы 1963 г. (рис. 12.15), когда среднеянварская температура в Варшаве была на 10° ниже нормы [597].
