Quasigeostrophische Theorie

Indem sie nur die geringen Abweichungen vom perfekten Gleichgewicht berücksichtigt, destilliert die quasigeostrophische Theorie das Gewirr atmosphärischer Gleichungen zu einem einzigen Bild, das einem Meteorologen anzeigt, wo Luft aufsteigt und Wetter entsteht.

Definition

Die quasigeostrophische Theorie ist ein vereinfachter Satz von Gleichungen für großräumige extratropische Bewegungen, bei denen der Wind als geostrophisch angenähert wird, außer in dem kleinen ageostrophischen Teil, der die Entwicklung der Strömung und die damit verbundene vertikale Bewegung antreibt.

Scope

Dieses Thema behandelt die quasigeostrophische Approximation, die quasigeostrophische potenzielle Vortizität und deren Erhaltung, die Omega-Gleichung zur Diagnose vertikaler Bewegung sowie die Anwendung dieser Werkzeuge zum Verständnis der Entwicklung von Wettersystemen mittlerer Breiten.

Core questions

• Welche Approximationen definieren das quasigeostrophische System?
• Wie steuert die Erhaltung der quasigeostrophischen potenziellen Vortizität die großräumige Strömung?
• Wie diagnostiziert die Omega-Gleichung, wo Luft aufsteigt und absinkt?
• Wie erklärt die Theorie das Wachstum von Zyklonen mittlerer Breiten?

Key theories

Quasigeostrophische potenzielle Vortizität

Eine einzige erhaltene Größe kombiniert relative Vortizität, planetare Vortizität und vertikale Dehnung, sodass die Verfolgung ihrer Entwicklung die wesentliche Dynamik großräumiger extratropischer Strömungen erfasst.

Die Omega-Gleichung

Vertikale Bewegung in ausgeglichener Strömung wird aus den Mustern der Vortizitäts- und Temperaturadvektion diagnostiziert, was es Meteorologen ermöglicht, Aufstieg vor oberen Trögen zu lokalisieren, wo sich Wolken und Niederschlag organisieren.

Mechanisms

Unter der Annahme, dass die Strömung nahe am geostrophischen und hydrostatischen Gleichgewicht bleibt, kollabieren die vollständigen Gleichungen zur Erhaltung einer einzigen quasigeostrophischen potenziellen Vortizität, wobei die kleine ageostrophische Zirkulation diagnostisch bestimmt wird. Die Omega-Gleichung setzt dann die vertikale Bewegung in Beziehung zur differentiellen Vortizitätsadvektion und Temperaturadvektion, sodass aufsteigende Luft sowie die von ihr erzeugten Wolken und Niederschläge aus Routineanalysen der oberen und thermischen Felder lokalisiert werden können.

Clinical relevance

Quasigeostrophische Diagnosen bleiben ein zentrales Vorhersagewerkzeug, um zu antizipieren, wo sich extratropische Zyklone vertiefen und wo sich Wolken- und Niederschlagsbänder bilden werden, und die Theorie untermauert die Interpretation der großräumigen Felder, die von numerischen Modellen erzeugt werden.

History

Die quasigeostrophische Theorie entstand aus Charneys Skalenanalyse und der Arbeit von Eliassen in den späten 1940er Jahren. Sie lieferte die gefilterten Gleichungen, die Charney und Phillips in den ersten erfolgreichen numerischen Wettervorhersagen der 1950er Jahre verwendeten und die bis heute einen Standard-Diagnoserahmen darstellen.

Key figures

• Jule Charney
• Arnt Eliassen
• Norman Phillips

Seminal works

• charney1947
• holton2013

Frequently asked questions

Was bedeutet quasigeostrophisch?

Es bedeutet, dass die Strömung als nahezu geostrophisch ausgeglichen behandelt wird; der Wind wird als geostrophisch angenähert, und nur die winzigen Abweichungen von diesem Gleichgewicht werden beibehalten, da sie das System antreiben, sich zu ändern und vertikale Bewegung zu erzeugen.

Warum ist die Omega-Gleichung für Meteorologen nützlich?

Die Omega-Gleichung ermöglicht es Meteorologen, aus den leichter beobachtbaren Druck- und Temperaturmustern abzuleiten, wo Luft aufsteigt oder absinkt, und aufsteigende Luft ist der Ort, an dem sich Wolken und Niederschlag tendenziell entwickeln.