Dinamika Atmosfer
Dinamika atmosfer menerapkan hukum-hukum gerak fluida pada lapisan tipis udara yang berotasi, menjelaskan mengapa angin berbelok, mengapa sistem tekanan bermigrasi, dan bagaimana sirkulasi planet mengatur cuaca dan iklim.
Definition
Dinamika atmosfer adalah cabang meteorologi yang menggunakan persamaan-persamaan mekanika fluida dan termodinamika, yang diterapkan pada planet yang berotasi, untuk menggambarkan dan memprediksi pergerakan atmosfer.
Scope
Bidang ini mencakup persamaan-persamaan yang mengatur gerak atmosfer dalam kerangka acuan yang berotasi, aliran seimbang yang mendominasi skala besar, spektrum gelombang atmosfer, ketidakstabilan yang memicu sistem cuaca, serta struktur dan pemeliharaan sirkulasi umum global.
Sub-topics
Core questions
- Persamaan apa yang mengatur pergerakan udara di Bumi yang berotasi?
- Mengapa angin skala besar bertiup hampir sejajar dengan kontur tekanan?
- Gelombang dan ketidakstabilan mana yang mengorganisir atmosfer menjadi sistem cuaca?
- Bagaimana pola angin dan tekanan global dipertahankan?
Key theories
- Aliran geostropik dan seimbang
- Untuk gerakan skala besar yang berkembang lambat, gaya Coriolis hampir menyeimbangkan gaya gradien tekanan, sehingga angin bertiup sepanjang isobar; penyimpangan dari keseimbangan ini mendorong gerakan vertikal dan evolusi sistem cuaca.
- Ketidakstabilan baroklinik
- Gradien suhu horizontal menyimpan energi potensial yang tersedia yang dilepaskan oleh gelombang yang tumbuh, menyediakan asal dinamis siklon lintang menengah dan pusaran yang mendominasi cuaca di ekstratropis.
Mechanisms
Dimulai dari hukum Newton dan kekekalan massa dan energi yang ditulis dalam kerangka acuan yang berotasi, persamaan-persamaan primitif menggambarkan bagaimana gradien tekanan, efek Coriolis, gravitasi, dan gesekan menggerakkan udara. Pada skala besar, aliran tetap mendekati keseimbangan geostropik dan hidrostatik, sementara ketidakseimbangan kecil, yang diekspresikan melalui vortisitas potensial dan teori kuasi-geostropik, mendorong pertumbuhan gelombang dan sirkulasi vertikal yang menghasilkan cuaca.
Clinical relevance
Persamaan-persamaan dinamis dari bidang ini adalah fondasi dari setiap model cuaca dan iklim numerik; pemahaman tentang aliran seimbang, gelombang, dan ketidakstabilan memungkinkan peramal cuaca dan ilmuwan iklim untuk mengantisipasi perkembangan dan pergerakan badai serta respons sirkulasi terhadap planet yang memanas.
History
Berdasarkan mekanika fluida abad ke-19 dan analisis Coriolis tentang aliran berputar, Vilhelm Bjerknes membingkai prediksi cuaca sebagai masalah nilai awal pada awal 1900-an; Rossby mengidentifikasi gelombang skala besar yang menyandang namanya, dan teori ketidakstabilan baroklinik serta dinamika kuasi-geostropik Charney pada pertengahan abad mengubah dinamika atmosfer menjadi dasar kuantitatif peramalan modern.
Key figures
- Vilhelm Bjerknes
- Carl-Gustaf Rossby
- Jule Charney
- Edward Lorenz
Related topics
Seminal works
- holton2013
- vallis2017
Frequently asked questions
- Mengapa angin bertiup sepanjang, bukan melintasi, kontur tekanan?
- Pada skala besar, gaya gradien tekanan yang mendorong udara dari tekanan tinggi ke rendah hampir diimbangi oleh gaya Coriolis dari rotasi Bumi, sehingga udara akhirnya mengalir sejajar dengan isobar dalam apa yang disebut keseimbangan geostropik.
- Apa perbedaan antara meteorologi dinamis dan meteorologi sinoptik?
- Meteorologi dinamis mengembangkan teori fisik dan matematis yang mendasari pergerakan atmosfer, sementara meteorologi sinoptik menerapkan prinsip-prinsip tersebut untuk menganalisis dan meramalkan sistem cuaca aktual dari pengamatan.