Ondas e Instabilidades Atmosféricas

A atmosfera é um fluido inquieto que ressoa com ondas, desde os meandros planetários da corrente de jato até as ondulações atrás de uma montanha, e desenvolve sistemas meteorológicos onde essas ondas aproveitam a energia armazenada.

Definition

Ondas atmosféricas são oscilações propagantes do fluxo restauradas por forças como a gravidade ou a variação do parâmetro de Coriolis, enquanto instabilidades são condições sob as quais pequenas perturbações extraem energia do fluxo médio e se amplificam.

Scope

Este tópico abrange as principais classes de ondas atmosféricas, incluindo ondas de Rossby, ondas de gravidade e ondas de gravidade-inércia, juntamente com as instabilidades barotrópicas e baroclínicas que permitem que pequenas perturbações se transformem nos redemoinhos e ciclones do mapa meteorológico.

Core questions

• Que forças restauradoras dão origem aos diferentes tipos de ondas atmosféricas?
• Por que as ondas planetárias de Rossby se propagam para oeste em relação ao fluxo?
• Como as instabilidades baroclínicas e barotrópicas geram sistemas meteorológicos?
• Como as ondas transportam energia e momento através da atmosfera?

Key theories

Dinâmica das ondas de Rossby

O aumento da latitude do parâmetro de Coriolis atua como um mecanismo restaurador para a vorticidade potencial conservada, produzindo ondas de Rossby de grande escala que serpenteiam a corrente de jato e direcionam os sistemas meteorológicos de superfície.

Instabilidade baroclínica

Em um fluxo com cisalhamento vertical e gradientes horizontais de temperatura, certos comprimentos de onda crescem convertendo energia potencial disponível em energia cinética, o que Charney demonstrou ser a origem dinâmica dos ciclones de latitudes médias.

Mechanisms

A gravidade fornece a força restauradora para oscilações de flutuabilidade e ondas de gravidade, enquanto a mudança latitudinal do parâmetro de Coriolis restaura colunas de ar deslocadas e suporta ondas de Rossby lentas e propagantes para oeste. Quando o fluxo de fundo apresenta forte cisalhamento vertical e gradientes de temperatura, ou cisalhamento horizontal acentuado, perturbações de comprimentos de onda favorecidos utilizam a energia potencial ou cinética disponível do estado médio e se transformam nos redemoinhos e ciclones em desenvolvimento do tempo de latitudes médias.

Clinical relevance

A teoria das ondas e instabilidades explica a gênese e as trajetórias das tempestades extratropicais, os padrões planetários que fixam o tempo em períodos prolongados e as ondas de gravidade cuja quebra impulsiona as circulações estratosféricas e a turbulência da aviação, tudo o que é diretamente relevante para a previsão do tempo.

History

A identificação de ondas planetárias de grande escala por Rossby em 1939 e as teorias de instabilidade baroclínica de Charney e Eady no final da década de 1940 transformaram a imagem qualitativa do desenvolvimento do tempo em uma estrutura matemática preditiva que sustenta a meteorologia dinâmica moderna e a previsão numérica.

Key figures

• Carl-Gustaf Rossby
• Jule Charney
• Eric Eady

Seminal works

• rossby1939
• charney1947

Frequently asked questions

O que é uma onda de Rossby?

Uma onda de Rossby é uma ondulação de grande escala, que se propaga lentamente para oeste, do fluxo que surge porque o efeito de Coriolis se intensifica em direção aos polos; essas ondas são os meandros da corrente de jato que direcionam os sistemas de alta e baixa pressão.

Por que as tempestades de latitudes médias continuam se formando nas mesmas regiões?

A instabilidade baroclínica permite que as perturbações cresçam onde há fortes contrastes de temperatura e cisalhamento vertical do vento, condições encontradas ao longo das rotas de tempestade a sotavento dos principais continentes e oceanos, de modo que os ciclones se desenvolvem repetidamente nessas áreas.