ديناميكا الغلاف الجوي
تطبق ديناميكا الغلاف الجوي قوانين حركة الموائع على غلاف رقيق دوار من الهواء، موضحةً سبب انحراف الرياح، وهجرة أنظمة الضغط، وكيف تنظم الدورة الدموية للكوكب الطقس والمناخ.
Definition
ديناميكا الغلاف الجوي هي فرع الأرصاد الجوية الذي يستخدم معادلات ميكانيكا الموائع والديناميكا الحرارية، المطبقة على كوكب دوار، لوصف وتوقع حركة الغلاف الجوي.
Scope
يغطي هذا المجال المعادلات الحاكمة لحركة الغلاف الجوي في إطار دوار، والتدفقات المتوازنة التي تهيمن على المقاييس الكبيرة، وطيف الموجات الجوية، وعدم الاستقرار الذي يولد أنظمة الطقس، وهيكل الدورة الدموية العامة العالمية وصيانتها.
Sub-topics
Core questions
- ما هي المعادلات التي تحكم حركة الهواء على أرض دوارة؟
- لماذا تهب الرياح واسعة النطاق بشكل شبه موازٍ لخطوط تساوي الضغط؟
- ما هي الموجات وعدم الاستقرار التي تنظم الغلاف الجوي في أنظمة طقس؟
- كيف يتم الحفاظ على النمط العالمي للرياح والضغط؟
Key theories
- التدفق الجيوستروفي والمتوازن
- بالنسبة للحركة واسعة النطاق وبطيئة التطور، توازن قوة كوريوليس تقريبًا قوة تدرج الضغط، لذا تهب الرياح على طول خطوط تساوي الضغط؛ وتؤدي الانحرافات عن هذا التوازن إلى الحركة الرأسية وتطور أنظمة الطقس.
- عدم الاستقرار الباروكلي
- تخزن تدرجات الحرارة الأفقية طاقة كامنة متاحة يتم إطلاقها بواسطة الموجات المتنامية، مما يوفر الأصل الديناميكي للأعاصير متوسطة خطوط العرض والدوامات التي تهيمن على الطقس في المناطق خارج المدارية.
Mechanisms
بدءًا من قوانين نيوتن وحفظ الكتلة والطاقة المكتوبة في إطار دوار، تصف المعادلات البدائية كيف تؤدي تدرجات الضغط، وتأثير كوريوليس، والجاذبية، والاحتكاك إلى تحريك الهواء. على المقاييس الكبيرة، يبقى التدفق قريبًا من التوازن الجيوستروفي والهيدروستاتيكي، بينما تدفع الاختلالات الصغيرة، المعبر عنها من خلال الدوامية الكامنة والنظرية شبه الجيوستروفية، نمو الموجات والدورات الرأسية التي تنتج الطقس.
Clinical relevance
المعادلات الديناميكية لهذا المجال هي أساس كل نموذج عددي للطقس والمناخ؛ فهم التدفق المتوازن والموجات وعدم الاستقرار هو ما يسمح للمتنبئين وعلماء المناخ بتوقع تطور وحركة العواصف واستجابة الدورة الدموية لكوكب يزداد دفئًا.
History
بناءً على ميكانيكا الموائع في القرن التاسع عشر وتحليل كوريوليس للتدفق الدوار، صاغ فيلهلم بيركنس التنبؤ بالطقس كمشكلة قيمة أولية في أوائل القرن العشرين؛ حدد روسبي الموجات واسعة النطاق التي تحمل اسمه، وحولت نظرية تشارني في منتصف القرن حول عدم الاستقرار الباروكلي وديناميكا شبه الجيوستروفية ديناميكا الغلاف الجوي إلى الأساس الكمي للتنبؤ الحديث.
Key figures
- Vilhelm Bjerknes
- Carl-Gustaf Rossby
- Jule Charney
- Edward Lorenz
Related topics
Seminal works
- holton2013
- vallis2017
Frequently asked questions
- لماذا تهب الرياح على طول خطوط تساوي الضغط، وليس عبرها؟
- على المقاييس الكبيرة، تتوازن قوة تدرج الضغط التي تدفع الهواء من الضغط المرتفع إلى المنخفض تقريبًا مع قوة كوريوليس الناتجة عن دوران الأرض، لذلك ينتهي الأمر بالهواء بالتدفق موازيًا لخطوط تساوي الضغط فيما يسمى بالتوازن الجيوستروفي.
- ما الفرق بين الأرصاد الجوية الديناميكية والأرصاد الجوية السينوبتيكية؟
- تطور الأرصاد الجوية الديناميكية النظرية الفيزيائية والرياضية الأساسية لحركة الغلاف الجوي، بينما تطبق الأرصاد الجوية السينوبتيكية تلك المبادئ لتحليل وتوقع أنظمة الطقس الفعلية من الملاحظات.