Динамика атмосферы и океаны - Гилл А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 13.15. Векторы, демонстрирующие поток тепла за счет нестационарных вихрей на поверхности 850 мбар в зимний период. Изолиниями показана осреднениая температура на этой поверхности. (Изотермы проведены через 2 К). (Из [435, рис. 3].)
равновесия между неадиабатическим нагреванием и адвективными потоками, вызванными наличием вихрей.
В левой части уравнения (13.10.9) основным является слагаемое, содержащее [до*]. Оно соответствует либо нагреву, связанному с опусканием воздуха, либо охлаждению, вызванному его подъемом. Для зимы северного полушария зонально осред-ненное поле [до*] приведено в [434]. Кроме того, это поле можно оценить и по рис. 1.7. В большинстве случаев значения получаются меньшими 1 мм/с. В приэкваториальной атмосфере на средних высотах значения Qdiab положительны и особенно велики. Нагрев здесь балансируется в основном за счет уменьшения
температуры, связанного с восходящими средними движениями [589, рис. 7.21]. Вместе с тем отметим, что если в левой части уравнения (13.10.4) преобладает член, содержащий [у] (а, по-видимому, это действительно так), то интенсивной меридиональной циркуляции существовать не может. Следовательно, не может иметь больших значений и член, содержащий [гй*], а значит, не должны возникать и вихревые переносы импульса, как за счет вихрей синоптического размера, так и за счет процессов меньших масштабов—типа трения в конвективных движениях. Все это свидетельствует о том, что уравнения для зональной составляющей импульса и для температуры сильно взаимосвязаны. Поэтому для нахождения реакции на заданное воздействие их нужно решать совместно.
13.10.4. СТРУКТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ ПО ДОЛГОТЕ
Картины стационарных волн в атмосфере обсуждались в разд. 12.9. Их структура для зимы северного полушария показана на рис. 12.13 и 7.8. Как следует из экспериментов с численными моделями (типа [722]), в ее формировании большое значение имеют воздействия в низких широтах. Влияние орографии и колебаний интенсивности нагрева рассмотрено в разд. 12.9. Перечисленные факторы, а также изменения свойств подстилающей поверхности с долготой, оказывают очень сильное влияние на поведение вихрей. В частности, тенденция к росту вихрей и их последующему затуханию ниже по потоку проявляется в основном в наиболее благоприятных местах. Поэтому на различных долготах вихри должны находиться преимущественно в различных стадиях своего жизненного цикла. Это оказывает сильное влияние на распределение вихревых потоков по долготе и поэтому может играть важную роль в поддержании изменений осредненного потока по долготе.
В работе [432] для зимы северного полушария приведены меридиональные разрезы осредненных потоков и различные статистические свойства атмосферных вихрей. Из рис. 7.8, в (iii) на котором представлена топография геопотенциала на уровне ядра струйного течения, видно, что скорость течения меняется очень сильно. На рис. 13.16 показано поле скорости на высоте 250 мбар. Наиболее сильным струйное течение является в области над востоком Азии. Здесь оно находится иа широте 30° с. ш. и имеет максимальную скорость 61 м/с. Над Тихим океаном оно уменьшается по силе и имеет минимум 27 м/с над западной частью Северной Америки. Далее отмечается новое увеличение скорости течения до 40 м/с над восточной частью Северной Америки и новое ее уменьшение над Атлантикой.
Поток тепла вихревой природы максимален в местах наибольшей интенсивности струйного течения. Там же наиболее ве-
Масштаб Fx(u), мг/сг
Рис. 13.16. Векторы потенциального нестационарного вихревого потока западной составляющей импульса на поверхности 250 мбар в зимний период. Изолинии демонстрируют соответствующее осреднеиное поле зонального ветра на поверхности 250 мбар (изолинии проведены через 10 м/с). Показанное поле ветра получается представлением потока в виде суммы бездивергеитной (для которой можно определить функцию тока) и потенциальной частей. Последняя может быть записана как градиент скалярной величины. (Из [435, рис. 9].)
лики и горизонтальные градиенты температуры. Это видно, например, из рис. 13.15, где векторы нестационарных вихревых течений на уровне 850 мбар нанесены поверх осредненного распределения температуры (ср. с рис. 7.8, в (iii)). Несмотря на то, что в работе [435] не было установлено какого-либо систематического соотношения между градиентом температуры и величиной потока, все же можно заметить, что почти везде поток направлен вдоль градиента. (Диаграмма, приведенная в [435], давала верхний предел значений вихревой вязкости порядка 6* 106 м2/с, а срединное значение было около 2-106 м2/с.) Вихревой поток импульса [u'v'] (см. рис. 13.16) достигает своего
Рис. 13.17. Распределение скорости роста температуры на поверхности 700 мбар за счет неадиабатических факторов. Интервал изолиний равен 1 К/сутки. По оценкам [434, рис. 21].
максимального значения 100 м2/с2 на высоте 250 мбар над западной частью Северной Америки, т. е. на долготе минимума скорости струйного течения. Это согласуется с идеей о том, что развитие вихрей (т. е. начальные стадии жизненного цикла) происходит там, где струйное течение является сильным, а затухание (более поздние стадии жизненного цикла) отмечается далее по потоку, где струйное течение уже ослаблено.
