Квазигеострофическая теория

Сохраняя лишь небольшие отклонения от идеального баланса, квазигеострофическая теория сводит запутанность атмосферных уравнений к единой картине, которая показывает синоптику, где воздух поднимается и формируется погода.

Definition

Квазигеострофическая теория — это упрощенный набор уравнений для крупномасштабного внетропического движения, в котором ветер аппроксимируется как геострофический, за исключением небольшой агеострофической части, которая управляет эволюцией потока и связанным с ним вертикальным движением.

Scope

Эта тема охватывает квазигеострофическое приближение, квазигеострофическую потенциальную завихренность и ее сохранение, уравнение омега для диагностики вертикального движения, а также использование этих инструментов для понимания развития внетропических погодных систем.

Core questions

• Какие приближения определяют квазигеострофическую систему?
• Как сохранение квазигеострофической потенциальной завихренности управляет крупномасштабным потоком?
• Как уравнение омега диагностирует, где воздух поднимается и опускается?
• Как теория объясняет рост циклонов средних широт?

Key theories

Квазигеострофическая потенциальная завихренность

Единая сохраняющаяся величина объединяет относительную завихренность, планетарную завихренность и вертикальное растяжение, так что отслеживание ее эволюции отражает существенную динамику крупномасштабного внетропического потока.

Уравнение омега

Вертикальное движение в сбалансированном потоке диагностируется по картинам адвекции завихренности и температуры, что позволяет синоптикам определять восходящие потоки перед верхними ложбинами, где формируются облака и осадки.

Mechanisms

Предполагая, что поток остается близким к геострофическому и гидростатическому равновесию, полные уравнения сводятся к сохранению единой квазигеострофической потенциальной завихренности, при этом малая агеострофическая циркуляция определяется диагностически. Уравнение омега затем связывает вертикальное движение с дифференциальной адвекцией завихренности и адвекцией температуры, так что поднимающийся воздух, а также облака и осадки, которые он производит, могут быть локализованы по рутинным анализам полей верхнего уровня и термических полей.

Clinical relevance

Квазигеострофическая диагностика остается основным прогностическим инструментом для предсказания углубления внетропических циклонов и формирования полос облачности и осадков, а теория лежит в основе интерпретации крупномасштабных полей, создаваемых численными моделями.

History

Квазигеострофическая теория возникла из анализа масштабов Чарни и работы Элиассена в конце 1940-х годов, предоставив отфильтрованные уравнения, которые Чарни и Филлипс использовали в первых успешных численных прогнозах погоды 1950-х годов и которые остаются стандартной диагностической основой по сей день.

Key figures

• Jule Charney
• Arnt Eliassen
• Norman Phillips

Seminal works

• charney1947
• holton2013

Frequently asked questions

Что означает «квазигеострофический»?

Это означает, что поток рассматривается как почти геострофически сбалансированный; ветер аппроксимируется как геострофический, и сохраняются только крошечные отклонения от этого баланса, потому что именно они приводят систему в движение и вызывают вертикальное движение.

Почему уравнение омега полезно для синоптиков?

Уравнение омега позволяет синоптикам определять, где воздух поднимается или опускается, по более легко наблюдаемым картинам давления и температуры, а восходящий воздух — это то место, где обычно развиваются облака и осадки.