Бароклинность - Baroclinity

эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью от добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: "Бароклинность"  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Сентябрь 2009 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Линии плотности и изобары пересекаются вертикально в бароклинной жидкости.

Визуализация (фиктивного) образования изотерм (красно-оранжевый) и изобар (синий) при бароклинном атмосферном наслоении.

В динамика жидкостей, то бароклинность (часто называют бароклинность) стратифицированной жидкости является мерой того, насколько отклонен градиент давления от градиента плотности в жидкости.^[1][2] В метеорология бароклинная атмосфера - это такая атмосфера, плотность которой зависит как от температуры, так и от давления; сравните это с баротропный атмосфера, для которой плотность зависит только от давления. С точки зрения атмосферы, баротропные зоны Земли обычно находятся в центральных широтах, или тропики, в то время как бароклинные области обычно находятся в среднеширотных / полярных регионах.^[3]

Бароклинность пропорциональна:

${ Displaystyle набла п раз набла ро}$

который пропорционален синусу угла между поверхностями постоянного давление и поверхности постоянного плотность. Таким образом, в баротропный жидкости (что определяется нулевой бароклинностью) эти поверхности параллельны.^[4][5][6]

Области высокой бароклинности атмосферы характеризуются частым образованием циклоны.^[7]

Бароклинная нестабильность

Бароклинная неустойчивость - это динамическая неустойчивость жидкости, имеющая фундаментальное значение в атмосфера и в океаны. В атмосфере это доминирующий механизм, формирующий циклоны и антициклоны которые доминируют Погода в средних широтах. В океане он создает поле мезомасштаб (100 км или меньше) водовороты которые играют различные роли в динамике океана и переносе трассеры.

Считается ли жидкость быстро вращающийся определяется в этом контексте Число Россби, который является мерой того, насколько поток близок к вращению твердого тела. Точнее, течение при вращении твердого тела имеет завихренность что пропорционально его угловая скорость. Число Россби является мерой отклонения завихренности от завихренности вращения твердого тела. Число Россби должно быть небольшим, чтобы концепция бароклинной нестабильности была актуальной. Когда число Россби велико, другие виды нестабильности, часто называемые инерционными, становятся более актуальными.^{[нужна цитата ]}

Простейшим примером устойчиво стратифицированного потока является поток несжимаемой жидкости, плотность которого уменьшается с высотой.^{[нужна цитата ]}

В сжимаемом газе, таком как атмосфера, подходящей мерой является вертикальный градиент энтропия, который должен увеличиваться с высотой, чтобы поток был устойчиво стратифицирован.^{[нужна цитата ]}

Сила стратификации измеряется путем выяснения того, насколько велик должен быть вертикальный сдвиг горизонтальных ветров, чтобы дестабилизировать поток и создать классический Неустойчивость Кельвина – Гельмгольца. Эта мера называется Число Ричардсона. Когда число Ричардсона велико, стратификация достаточно сильна, чтобы предотвратить эту сдвиговую нестабильность.^{[нужна цитата ]}

До классической работы Джул Чарни и Эрик Иди о бароклинной нестабильности в конце 1940-х гг.,^[8][9] большинство теорий, пытающихся объяснить структуру среднеширотных водоворотов, взяли за отправную точку высокое число Россби или небольшие нестабильности числа Ричардсона, знакомые специалистам по гидродинамике в то время. Самая важная особенность бароклинной нестабильности состоит в том, что она существует даже в ситуации быстрого вращения (малое число Россби) и сильной устойчивой стратификации (большое число Ричардсона), которые обычно наблюдаются в атмосфере.^{[нужна цитата ]}

Источником энергии бароклинной нестабильности является потенциальная энергия в экологическом потоке. По мере роста нестабильности центр массы жидкости опускается. При растущих волнах в атмосфере холодный воздух, движущийся вниз и к экватору, вытесняет более теплый воздух, движущийся к полюсу и вверх.^{[нужна цитата ]}

Бароклинную нестабильность можно исследовать в лаборатории с помощью вращающегося заполненного жидкостью кольцо. Кольцевое пространство нагревается на внешней стенке и охлаждается на внутренней стенке, и результирующие потоки текучей среды вызывают бароклинно нестабильные волны.^[10][11]

Термин «бароклинный» относится к механизму, посредством которого завихренность генерируется. Завихренность - это ротор поля скорости. В общем, эволюция завихренности может быть разбита на вклады от адвекции (поскольку вихревые трубки движутся с потоком), растяжение и скручивание (когда вихревые трубки притягиваются или скручиваются потоком) и образование бароклинной завихренности, которое происходит всякий раз, когда существует градиент плотности вдоль поверхностей с постоянным давлением. Бароклинные потоки можно противопоставить баротропный течения, в которых поверхности плотности и давления совпадают и нет бароклинной генерации завихренности.^{[нужна цитата ]}

Изучение эволюции этих бароклинных нестабильностей по мере их роста и последующего распада является важной частью разработки теорий фундаментальных характеристик погоды в средних широтах.^{[нужна цитата ]}

Бароклинический вектор

Начиная с уравнения движения жидкости без трения ( Уравнения Эйлера ) и взяв завиток, приходим к уравнение движения ротора скорости жидкости, то есть завихренность.^{[нужна цитата ]}

В жидкости, не имеющей одинаковой плотности, в уравнение завихренности когда поверхности постоянной плотности (изопикнический поверхностей) и поверхностей постоянного давления (изобарический поверхности) не совмещены. В материальная производная локальной завихренности определяется выражением:^{[нужна цитата ]}

${ displaystyle { frac {D { vec { omega}}} {Dt}} Equiv { frac { partial { vec { omega}}} { partial t}} + left ({ vec {u}} cdot { vec { nabla}} right) { vec { omega}} = left ({ vec { omega}} cdot { vec { nabla}} right ) { vec {u}} - { vec { omega}} left ({ vec { nabla}} cdot { vec {u}} right) + underbrace {{ frac {1} { rho ^ {2}}} { vec { nabla}} rho times { vec { nabla}} p} _ { text {вклад бароклиники}}}$

(где ${ displaystyle { vec {u}}}$ скорость и ${ displaystyle { vec { omega}} = { vec { nabla}} times { vec {u}}}$ это завихренность,^[12] ${ displaystyle p}$ это давление, и ${ displaystyle rho}$ это плотность). Бароклинный вклад - это вектор:^[13]

${ displaystyle { frac {1} { rho ^ {2}}} { vec { nabla}} rho times { vec { nabla}} p}$

Этот вектор, иногда называемый соленоидальным вектором,^[14] представляет интерес как для сжимаемых жидкостей, так и для несжимаемых (но неоднородных) жидкостей. Внутренний гравитационные волны а также нестабильные моды Рэлея – Тейлора можно анализировать с точки зрения бароклинного вектора. Также представляет интерес создание завихренности при прохождении ударных волн через неоднородные среды,^[15][16] например, в Неустойчивость Рихтмайера – Мешкова..^{[17][нужна цитата ]}

Опытные дайверы знакомы с очень медленными волнами, которые можно возбудить на термоклин или галоклин, которые известны как внутренние волны. Подобные волны могут возникать между слоем воды и слоем нефти. Когда граница между этими двумя поверхностями не горизонтальна и система близка к гидростатическому равновесию, градиент давления вертикальный, а градиент плотности - нет. Следовательно, бароклинный вектор отличен от нуля, и смысл бароклинного вектора заключается в создании завихренности, чтобы выравнивать границу раздела. При этом граница раздела выходит за пределы, и в результате возникает колебание, которое является внутренней гравитационной волной. В отличие от поверхностных гравитационных волн, внутренние гравитационные волны не требуют резкой границы раздела. Например, в водоемах постепенного градиента температуры или солености достаточно для поддержки внутренних гравитационных волн, вызываемых бароклинным вектором.^{[нужна цитата ]}

использованная литература

Список используемой литературы

• Холтон, Джеймс Р. (2004). Дмовская, Рената; Холтон, Джеймс Р .; Россби, Х. Томас (ред.). Введение в динамическую метеорологию. Международная серия по геофизике. 88 (4-е изд.). Берлингтон, Массачусетс: Elsevier Academic Press. ISBN  978-0-12-354015-7.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
• Гилл, Адриан Э. (1982). Донн, Уильям Л. (ред.). Динамика атмосферы и океана. Международная геофизическая серия. 30. Сан-Диего, Калифорния: Академическая пресса. ISBN  978-0-12-283522-3.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
• Педлоски, Джозеф (1987) [1979]. Геофизическая гидродинамика (2-е изд.). Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN  978-0-387-96387-7.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
• Триттон, Д.Дж. (1988) [1977]. Физическая гидродинамика (2-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Джерси: Oxford University Press. ISBN  978-0-19-854493-7.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
• Валлис, Джеффри К. (2007) [2006]. «Завихренность и потенциальная завихренность». Динамика атмосферных и океанических флюидов: основы и крупномасштабная циркуляция. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-84969-2.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)

внешние ссылки