Фронтогенез

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Фронтогенез

Содержание

2. Наклон фронтальных зон в атмосфере Макс Маргулис Чтобы угол наклона был в сторону холодного воздуха в
3. Фронты образуются в зонах конвергенции ветра Вильгельм Бьеркнес
4. Зоны максимальных градиентов температуры Зона 1: Область нисходящих токов, ограничивающая ячейку Хэдли, в которой температура выровнена
5. Что мы знаем: В зонах устойчивых максимальных температурных градиентов образуются климатические фронты, разделяющее полушарие на экваториальную
7. Вопрос: А почему же вне области струйных течений образуются узкие зоны максимальных температурных градиентов ? Ответ
8. Сгущение изотерм, образующее фронт, определяется различием адвекции в деформационном поле Тор Харольд Бержерон Сверре Петессен
9. Причины усиления горизонтального градиента температуры
10. Три причины усиления градиента температуры Поперечный сдвиг геострофического ветра (1) Продольное усиление геострофического ветра (2) Усиление
11. Первопричины роста поперечного градиента Т Поперечный сдвиг Ug (зона холодного фронта) Деформация Растяжения (зона теплого фронта)
12. Самоусиление фронтогенеза Увеличение градиента температуры в 10 раз возможно при выбранном К не менее, чем за
13. Еще причины роста поперечного градиента Т Влияние различий притока тепла поперек зоны фронта Влияние поперечной вертикальной
14. Возникновение и усиление поперечных циркуляций по разному влияет на фронтогенез Вопрос: откуда берутся и почему возникают
15. Количественное объяснение возникновения поперечной циркуляции в зоне фронта Арнт Элиассен 1915-2000 Джон Стенли Сойер 1916-2000
16. Полугеострофическая модель фронтогенеза. 1 Исходная система уравнений: Параметр плавучести Система координат
17. Полугеострофическая модель фронтогенеза. 2 Масштабы и их отношения По оси У выполняется геострофическое соотношение, а по
18. Полугеострофическая модель фронтогенеза. 3 Упрощения уравнений Для перехода к следующему слайду нужно разобрать формулу
19. Вывод основного уравнения для поперечной циркуляции во фронтальной зоне
20. Поперечная циркуляция в полугеострофическом и геострофическом случаях
21. Уравнение Сойера-Елиассена может менять тип Это условие эллиптичности уравнения Сойера-Элиассена, когда решение единственно во всей области
22. Типичные условия возникновения поперечной циркуляции в геострофической фронтальной зоне Уравнение поперечной циркуляции будет эллиптическим и под
23. Совместный анализ термобарического поля и Q-вектора при выявлении зон фронтогенеза (Нов.зеландия. 6.08.2004. 06 UT Изогипсы Н700
24. Пример анализа Q-вектора Qn – нормальная (поперечная) к изотермам составляющая В зоне ее дивергенции - сплошная,
25. Что будет дальше: Инерционные колебания
26. Траектории частицы при инерционном колебании на разных широтах
27. Инерционные колебания атмосферы – это движение под действием постоянного начального поля давления Если градиент давления отсутствует,
28. Значения абсолютного вихря dМ/dy =2ωsinϕ- δUg/δy В зависимости от изменения скорости геострофического ветра абсолютный вихрь убывает
29. Схема вертикального разреза абсолютного вихря (в зонах неустойчивости значения отрицательны) По горизонтали – широта в градусах
30. Инерционная неустойчивость Инерционные колебания могут быть неустойчивыми на определенных высотах и широтах
31. Возвращаемся к поперечной циркуляции в геострофической фронтальной зоне Поперечная циркуляция усиливает рост градиента температуры и тем
32. Пример разрезов θe и M В баротропной атмосфере изолинии θe – горизонтальны, а М – вертикальны
33. Образование симметричной неустойчивости Если изолинии θ и M таковы, что d θ/dz>0 и dM/dy>0 (устойчивость), но
34. Силы, действующие на частицу при наклонном движении
35. Условие возникновения симметричной неустойчивости при адиабатическом движении Т.О. при этом типе движения fdM/dy≡ f(dM/dy)θ Т.е. наклон
36. Критерий симметричной неустойчивости
37. Почему для синоптики важна симметричная неустойчивость – наклонная конвекция? 1. Она объясняет форму фронтальных облаков, а
38. Почему для синоптики важна симметричная неустойчивость – наклонная конвекция? Условие наклонной неустойчивости одновременно является условием перехода
39. Это значит, что возникают суперячейки и даже может приводить к начальной стадии образования циклона – растущей
40. Симметричная неустойчивость или условия наклонной конвекции: изображения на практике в США
41. Фронтогенез - итоги В зонах ускорения создаются условия для самоусиления поперечных градиентов температуры и геострофического ветра
43. Скачать презентацию

Слайд 2

Наклон фронтальных зон в атмосфере
Макс Маргулис
Чтобы угол наклона был в

сторону холодного воздуха в теплом воздухе должна быть больше скорость ветра вдоль фронта

Слайд 3

Фронты образуются в зонах конвергенции ветра
Вильгельм Бьеркнес

Слайд 4

Зоны максимальных градиентов температуры
Зона 1: Область нисходящих токов, ограничивающая ячейку Хэдли,

в которой температура выровнена по широте и высока
Зона 2: Область вблизи снеговой линии, севернее которой температуры над льдом и снегом выравнена по горизонтали и низка

июль

январь

Слайд 5

Что мы знаем:
В зонах устойчивых максимальных температурных градиентов образуются климатические фронты,

разделяющее полушарие на экваториальную и приполярную части и область умеренных широт.
Механизм увеличения скоростей ветра в струйных течениях – термический ветер– приводит в этих зонах под влиянием усиленных термических градиентов к возникновению двух струйных течений

Слайд 6

Слайд 7

Вопрос:
А почему же вне области струйных течений образуются узкие зоны максимальных

температурных градиентов ?
Ответ на этот вопрос дает динамическая теория фронтогенеза

Слайд 8

Сгущение изотерм, образующее фронт, определяется различием адвекции в деформационном поле
Тор Харольд

Бержерон

Сверре Петессен

Слайд 9

Причины усиления горизонтального градиента температуры

Слайд 10

Три причины усиления градиента температуры
Поперечный сдвиг геострофического ветра (1)
Продольное усиление геострофического

ветра (2)
Усиление наклона изотерм и увеличение скорости поперечной вертикальной циркуляции (3)

Слайд 11

Первопричины роста поперечного градиента Т
Поперечный
сдвиг Ug
(зона холодного фронта)
Деформация
Растяжения
(зона теплого фронта)

Слайд 12

Самоусиление фронтогенеза
Увеличение градиента температуры в 10 раз возможно при выбранном К

не менее, чем за 3 суток.
В атмосфере на это происходит за 10 -12 часов.
Это значит, что при фронтогенезе возникают положительные обратные связи

Слайд 13

Еще причины роста поперечного градиента Т
Влияние различий притока тепла поперек зоны

фронта

Влияние поперечной вертикальной циркуляции при наклонных изотермах

Слайд 14

Возникновение и усиление поперечных циркуляций по разному влияет на фронтогенез
Вопрос: откуда

берутся и почему возникают и усиливаются поперечные циркуляции?
Ответ дает «полугеострофическая» модель фронта)

Слайд 15

Количественное объяснение возникновения поперечной циркуляции в зоне фронта
Арнт Элиассен
1915-2000
Джон Стенли Сойер
1916-2000

Слайд 16

Полугеострофическая модель фронтогенеза. 1
Исходная система уравнений:
Параметр
плавучести
Система координат

Слайд 17

Полугеострофическая модель фронтогенеза. 2 Масштабы и их отношения
По оси У выполняется геострофическое

соотношение,
а по оси Х оно не выполняется
Это используется в полугеострофических построениях

Слайд 18

Полугеострофическая модель фронтогенеза. 3 Упрощения уравнений
Для перехода к следующему слайду нужно разобрать

формулу

Слайд 19

Вывод основного уравнения для поперечной циркуляции во фронтальной зоне

Слайд 20

Поперечная циркуляция в полугеострофическом и геострофическом случаях

Слайд 21

Уравнение Сойера-Елиассена может менять тип
Это условие эллиптичности уравнения Сойера-Элиассена, когда решение

единственно во всей области

Слайд 22

Типичные условия возникновения поперечной циркуляции в геострофической фронтальной зоне
Уравнение поперечной циркуляции

будет эллиптическим и под влиянием неоднородной адвекции температуры (Q2) возникает поперечная циркуляция воздуха, которая усиливает рост градиента температуры и тем самым увеличивает наклон и переводя режим в полугеострофический. В последнем асимметрия еще более усиливается

Слайд 23

Совместный анализ термобарического поля и Q-вектора при выявлении зон фронтогенеза (Нов.зеландия. 6.08.2004.

06 UT

Изогипсы Н700 – сплошные
Изоэнтропы – точечные
Q-вектор (значения большие 2*10-10 м2/кг/с) показаны стрелками

Слайд 24

Пример анализа Q-вектора
Qn – нормальная (поперечная) к изотермам составляющая
В зоне ее

дивергенции - сплошная, а в зоне конвергенции пунктирная в слое 850-700.
Если Qn направлен от холода к теплу, то имеет место фронтогенез (показано на рисунке!)

В области конвергенции Qn -- восходящие потоки, в области дивергенции – нисходящие
Зона конвергенции обычно располагается вдоль фронта и связана с полосой интерсивных осадков

Слайд 25

Что будет дальше: Инерционные колебания

Слайд 26

Траектории частицы при инерционном колебании на разных широтах

Слайд 27

Инерционные колебания атмосферы – это движение под действием постоянного начального поля

давления

Если градиент давления отсутствует, частота инерционных колебаний равна 2ωsinϕ0
Период назывется маятниковыми сутками

Слайд 28

Значения абсолютного вихря dМ/dy =2ωsinϕ- δUg/δy
В зависимости от изменения скорости геострофического

ветра абсолютный вихрь убывает с разной скоростью на разных широтах.
Неустойчивость инерционных колебанийхарактерна для средних и низких широт

Слайд 29

Схема вертикального разреза абсолютного вихря (в зонах неустойчивости значения отрицательны)
По горизонтали

– широта в градусах
По вертикали высота в км
Атмосфера политропна, градиент температуры 6С/км
Геострофический ветер вычислен при постоянном градиенте давления и меняется только от параметра кориолиса

Ug(0)=7 м/с (dp/dz= 1гПа/200 км)

Ug(0)=20 м/с (dp/dz= 3гПа/200 км)

Слайд 30

Инерционная неустойчивость
Инерционные колебания могут быть неустойчивыми на определенных высотах и широтах

Слайд 31

Возвращаемся к поперечной циркуляции в геострофической фронтальной зоне
Поперечная циркуляция усиливает рост

градиента температуры и тем самым увеличивает наклон изолиний абсолютного вихря М, т.е. дМ/ду и переводя режим в полугеострофический. В последнем асимметрия еще более усиливается

Слайд 32

Пример разрезов θe и M
В баротропной атмосфере изолинии θe – горизонтальны,

а М – вертикальны
В реальной оба типа линий наклонены в сторону полюса, но наклон разный в разных точках

Слайд 33

Образование симметричной неустойчивости
Если изолинии θ и M таковы, что d θ/dz>0

и dM/dy>0 (устойчивость), но наклон M меньше, чем наклон θ. Тогда частица, перемещаемая из т. А в т. В окажется теплее окружающей среды и с меньшим M. Т.е. она будет неустойчивой при наклонном движении

Слайд 34

Силы, действующие на частицу при наклонном движении

Слайд 35

Условие возникновения симметричной неустойчивости при адиабатическом движении
Т.О. при этом типе движения

fdM/dy≡ f(dM/dy)θ<0,
Т.е. наклон М к оси OY меньше, чем θ

Слайд 36

Критерий симметричной неустойчивости

Слайд 37

Почему для синоптики важна симметричная неустойчивость – наклонная конвекция?
1. Она объясняет

форму фронтальных облаков, а также полосы облаков внутри однородных по давлении циклонов (тайфунов)

Слайд 38

Почему для синоптики важна симметричная неустойчивость – наклонная конвекция?
Условие наклонной неустойчивости

одновременно является условием перехода уравнения поперечной циркуляции к гиперболическому типу и возникновением нескольких полос циркуляции во фронтальной зоне

Слайд 39

Это значит, что возникают суперячейки и даже может приводить к начальной

стадии образования циклона – растущей фронтальной волне

Вертикальная циркуляция переходит в режим растущих колебаний в горизонтальной плоскости

Слайд 40

Симметричная неустойчивость или условия наклонной конвекции: изображения на практике в США

Слайд 41