대기파 및 불안정성

대기는 제트기류의 행성 규모 굽이침부터 산 뒤의 잔물결에 이르기까지 파동으로 가득 찬 끊임없이 움직이는 유체이며, 이러한 파동이 저장된 에너지에 접근할 때마다 기상 시스템이 발생합니다.

Definition

대기파는 중력이나 코리올리 매개변수의 변화와 같은 힘에 의해 복원되는 흐름의 전파하는 진동인 반면, 불안정성은 작은 교란이 평균 흐름에서 에너지를 추출하여 증폭되는 조건입니다.

Scope

이 주제는 로스비파, 중력파, 관성-중력파를 포함한 주요 대기파 종류와 작은 교란이 기상 지도의 소용돌이와 저기압으로 성장할 수 있게 하는 순압 및 경압 불안정성을 다룹니다.

Core questions

• 어떤 복원력이 다양한 종류의 대기파를 발생시키는가?
• 행성 로스비파는 왜 흐름에 대해 서쪽으로 전파하는가?
• 경압 및 순압 불안정성은 어떻게 기상 시스템을 생성하는가?
• 파동은 어떻게 대기를 통해 에너지와 운동량을 전달하는가?

Key theories

로스비파 역학

코리올리 매개변수의 극 방향 증가가 보존된 잠재 와도에 대한 복원 메커니즘으로 작용하여, 제트기류를 굽이치게 하고 지표 기상 시스템을 조종하는 대규모 로스비파를 생성합니다.

경압 불안정성

수평 온도 경도가 있는 수직 전단 흐름에서 특정 파장은 가용 잠재 에너지를 운동 에너지로 전환하여 성장하며, 이는 차니가 중위도 저기압의 동역학적 기원임을 보여주었습니다.

Mechanisms

중력은 부력 진동과 중력파에 대한 복원력을 제공하며, 코리올리 매개변수의 위도 변화는 변위된 공기 기둥을 복원하고 느리게 서쪽으로 전파하는 로스비파를 지지합니다. 배경 흐름이 강한 수직 전단 및 온도 경도 또는 급격한 수평 전단을 가질 때, 특정 파장의 교란은 평균 상태의 가용 잠재 또는 운동 에너지를 활용하여 중위도 날씨의 발달하는 소용돌이와 저기압으로 성장합니다.

Clinical relevance

파동 및 불안정성 이론은 온대성 폭풍의 발생 및 경로, 날씨를 장기간 고정시키는 행성 패턴, 그리고 성층권 순환과 항공 난류를 유발하는 중력파의 파괴를 설명하며, 이 모든 것은 일기 예보에 직접적으로 중요합니다.

History

1939년 로스비의 대규모 행성파 식별과 1940년대 후반 차니와 이디의 경압 불안정성 이론은 날씨 발달에 대한 정성적 그림을 현대 동역학 기상학 및 수치 예보의 기반이 되는 예측 가능한 수학적 틀로 변화시켰습니다.

Key figures

• Carl-Gustaf Rossby
• Jule Charney
• Eric Eady

Seminal works

• rossby1939
• charney1947

Frequently asked questions

로스비파란 무엇인가?

로스비파는 코리올리 효과가 극 방향으로 강해지기 때문에 발생하는 대규모의 느리게 서쪽으로 전파하는 흐름의 파동입니다. 이 파동은 고기압 및 저기압 시스템을 조종하는 제트기류의 굽이침입니다.

중위도 폭풍이 왜 같은 지역에서 계속 형성되는가?

경압 불안정성은 강한 온도 대비와 수직 바람 전단이 있는 곳마다 교란이 성장하도록 허용합니다. 이러한 조건은 주요 대륙과 해양의 하류에 있는 폭풍 경로를 따라 발견되므로, 저기압이 그곳에서 반복적으로 발달합니다.