Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Гилл А. -> "Динамика атмосферы и океаны " -> 124

Динамика атмосферы и океаны - Гилл А.

Гилл А. Динамика атмосферы и океаны — М.: Мир, 1986. — 415 c.
Скачать (прямая ссылка): dinamikaatmosferiiokeana1986.pdf
Предыдущая << 1 .. 118 119 120 121 122 123 < 124 > 125 126 127 128 129 130 .. 170 >> Следующая

для реально наблюдающихся. Сохранение потенциальной завихренности требует, кроме того, чтобы знак суммы / -f- ~ оставался положительным. Поэтому она может иметь большие значения только при большой циклонической относительной завихренности dv/dx. Более детальные представления о возможных величинах завихренности дают приведенные в работе [698] подробные наблюдения фронта на территории США: он имел на высоте 300 м значение dv/dx, равное 10f, а дЪ/дх на этой же высоте было равно 0.5 град/км.
Другое общее положение характерно для поперечного к фронту потока. Соотношение (13.8.2), записанное для поверх-
ности, дает:
dvfdt + и (/ + dv/dx) = ug = — /-1 дФ'/ду. (13.8.14)
Если предположить, что градиент давления вдоль фронта, а также ускорение потока, направленного параллельно фронту, меняется не сильно, то при возрастании (/ + dv/dx) скорость и должна становиться малой. Это утверждение можно сделать более строгим, если иметь в виду задачу Иди. В этой задаче скорость v (и, следовательно, dv/dt) в точности равняется нулю в точке L с минимальным давлением и максимальной циклонической завихренностью, где и образуется фронт. Из рис. 13.4,6 видно, что в этой точке агеострофическое течение противоположно по направлению геострофическому. Последнее остается неизменным, а иа со временем экспоненциально растет. Поэтому
в соответствии с соотношением (13.8.14) функция (/ + ^)
в течение конечного времени должна бесконечно возрастать. Поскольку течение в поперечном фронту'направлении слабое, направленный к полюсу поток продолжает приносить теплый воздух. В то же время за линией фронта поток, направленный к экватору, приносит холодный воздух и температурный контраст при этом возрастает. Другая особенность показанного на рис. 13.9 фронта следует из свойств бароклинных возмущений. Поверхность раздела поднимается к западу, а угол наклона имеет порядок f/N. По порядку величины это совпадает с зарегистрированными углами наклона фронтов (на рис. 13.10 значение угла примерно равно f/N, а в случае из работы [698] — около 0.3f/N).
В действительности бесконечно большие градиенты в природе не наблюдаются, поскольку под влиянием изменений по оси (см. ниже), трения, перемешивания и реализации скрытого тепла структура фронта испытывает различные изменения. На малых масштабах она может стать весьма сложной (см., например, [56]). Решению, показанному на рис. 13.9, отвечает максимальная скорость, равная 0.90 k~lf = 1.1 А/*#, что составляет примерно 100 м/с, Сандерс [698] установил, что изменения геострофической скорости vg поперек фронта имеют ту же величину, хотя измеренная на высоте 300 м скорость изменялась только иа 20 м/с. На высоте 1200 м изменения измеренных и геострофических скоростей были около 35 м/с. Очевидный недостаток теории состоит в том, что она не учитывает приповерхностный пограничный слой. За счет большого сдвига (см. разд. 9.5) в область низкого давления у земли направляется мощный экмановский поток (по данным Сандерса конвергенция скорости на высоте 300 м была равна 5f). Он приводит к росту градиента температуры и увеличивает скорости восходящих потоков в области фронта. Описание зарегистрированных
восходящих движений в зоне фронтов приводится, например, в [92]. В работе [75] решение, показанное на рис. 13.9, было обобщено с учетом эффектов трения о поверхность земли. Полученные результаты были сравнены с наблюдениями Сандерса. Влияние трения вне пределов пограничного слоя рассматривалось в другом контексте в работе [249], а применительно к фронтам в океане — в работе [226]. Эффекты турбулентных потоков в свободной атмосфере обсуждаются в статье Шапиро [717], а Вильямс [860] получил стационарный фронт численным путем. Эффекты высвобождения скрытого тепла конденсации, которые также могут иметь большое значение, моделировались, например, в работе [605].
Развитие фронтов в трехмерном потоке можно исследовать теми же методами, что использованы выше. Составляющая вдоль оси у уравнений движения аппроксимируется, как и (13.8.2), т. е.
fva = Dug/Dt (13.8.15)
и во фронтальных районах это уравнение хорошо аппроксимирует полное вне зависимости от ориентации фронта. Для этого необходимо лишь одно условие, чтобы поперечный к фронту пространственный масштаб был много меньше продольного. Указанное упрощение известно как геострофическое приближение в уравнениях движения. Впервые его ввел Эллиассен в 1949 г. [189]. Соответствующие уравнения называются полугео-строфическими. Используя переменные (13.7.3) и преобразование
Y = у — ue/f, (13.8.16)
их можно привести к квазигеострофическим [346, 351]. Координаты X, У называются геострофическими. Они были использованы в работе М. И. Юдина [893]. Преобразование координат • обсуждалось также в работе [76]. Величина п2 пропорциональна введенной Эртелем потенциальной завихренности, а / представляет собой отношение полной завихренности к f. Указанное приближение применялось для изучения развития квадратной волны Иди (см. рис. 13.6) в работе [347]. Хоскинс и Уэст [355] учли, кроме того, эффект горизонтального сдвига скорости среднего течения, а в [352] были рассмотрены типы получающихся фронтов. Обзор математических теорий фронтогенеза дан в работе [349].
Предыдущая << 1 .. 118 119 120 121 122 123 < 124 > 125 126 127 128 129 130 .. 170 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed