دینامیک جو
دینامیک جو قوانین حرکت سیالات را بر روی یک پوسته نازک و چرخان از هوا اعمال میکند و توضیح میدهد که چرا بادها منحرف میشوند، چرا سامانههای فشار مهاجرت میکنند، و چگونه گردش سیارهای آب و هوا را سازماندهی میکند.
Definition
دینامیک جو شاخهای از هواشناسی است که از معادلات مکانیک سیالات و ترمودینامیک، که بر روی یک سیاره چرخان اعمال میشوند، برای توصیف و پیشبینی حرکت جو استفاده میکند.
Scope
این حوزه معادلات حاکم بر حرکت جوی در یک چارچوب چرخان، جریانهای متعادلی که در مقیاسهای بزرگ غالب هستند، طیف امواج جوی، ناپایداریهایی که سامانههای آب و هوایی را ایجاد میکنند، و ساختار و نگهداری گردش عمومی جهانی را پوشش میدهد.
Sub-topics
Core questions
- چه معادلاتی حرکت هوا را بر روی زمین چرخان کنترل میکنند؟
- چرا بادهای بزرگمقیاس تقریباً موازی با خطوط همفشار میوزند؟
- کدام امواج و ناپایداریها جو را به سامانههای آب و هوایی سازماندهی میکنند؟
- الگوی جهانی بادها و فشار چگونه حفظ میشود؟
Key theories
- جریان ژئوستروفیک و متعادل
- برای حرکتهای بزرگمقیاس و با تکامل آهسته، نیروی کوریولیس تقریباً نیروی گرادیان فشار را متعادل میکند، بنابراین بادها در امتداد خطوط همفشار میوزند؛ انحرافات از این تعادل، حرکت عمودی و تکامل سامانههای آب و هوایی را هدایت میکنند.
- ناپایداری باروکلینیک
- گرادیانهای دمایی افقی انرژی پتانسیل موجود را ذخیره میکنند که توسط امواج در حال رشد آزاد میشود و منشأ دینامیکی چرخندههای عرضهای میانی و گردابهایی را فراهم میکند که بر آب و هوای مناطق خارج از استوا غالب هستند.
Mechanisms
با شروع از قوانین نیوتن و بقای جرم و انرژی که در یک چارچوب چرخان نوشته شدهاند، معادلات اولیه توضیح میدهند که چگونه گرادیانهای فشار، اثر کوریولیس، گرانش و اصطکاک هوا را به حرکت در میآورند. در مقیاسهای بزرگ، جریان نزدیک به تعادل ژئوستروفیک و هیدرواستاتیک باقی میماند، در حالی که عدم تعادلهای کوچک، که از طریق وارتیسیته پتانسیل و نظریه شبهژئوستروفیک بیان میشوند، رشد امواج و گردشهای عمودی را که آب و هوا را تولید میکنند، هدایت میکنند.
Clinical relevance
معادلات دینامیکی این حوزه اساس هر مدل عددی آب و هوا و اقلیم هستند؛ درک جریان متعادل، امواج و ناپایداریها چیزی است که به پیشبینیکنندگان و دانشمندان اقلیم اجازه میدهد تا توسعه و حرکت طوفانها و پاسخ گردش جو به گرم شدن سیاره را پیشبینی کنند.
History
با تکیه بر مکانیک سیالات قرن نوزدهم و تحلیل کوریولیس از جریان چرخان، ویلهلم بیرکنز پیشبینی آب و هوا را به عنوان یک مسئله مقدار اولیه در اوایل دهه 1900 مطرح کرد؛ راسبی امواج بزرگمقیاسی را که نام او را یدک میکشند شناسایی کرد، و نظریه ناپایداری باروکلینیک و دینامیک شبهژئوستروفیک چارنی در اواسط قرن، دینامیک جو را به پایه کمی پیشبینی مدرن تبدیل کرد.
Key figures
- Vilhelm Bjerknes
- Carl-Gustaf Rossby
- Jule Charney
- Edward Lorenz
Related topics
Seminal works
- holton2013
- vallis2017
Frequently asked questions
- چرا باد به موازات خطوط همفشار میوزد، نه عمود بر آنها؟
- در مقیاسهای بزرگ، نیروی گرادیان فشار که هوا را از فشار زیاد به کم میراند، تقریباً توسط نیروی کوریولیس ناشی از چرخش زمین متعادل میشود، بنابراین هوا در نهایت موازی با خطوط همفشار در آنچه تعادل ژئوستروفیک نامیده میشود، جریان مییابد.
- تفاوت بین هواشناسی دینامیکی و هواشناسی سینوپتیک چیست؟
- هواشناسی دینامیکی نظریه فیزیکی و ریاضی زیربنایی حرکت جو را توسعه میدهد، در حالی که هواشناسی سینوپتیک آن اصول را برای تجزیه و تحلیل و پیشبینی سامانههای آب و هوایی واقعی از مشاهدات به کار میبرد.