Nonlinear baroclinic equilibration at finite supercriticality
Nonlinear baroclinic equilibration at finite supercriticality
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有限超临界下的非线性斜压平衡
DOI：
10.1080/03091929.2011.637033
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发表时间：
2012
影响因子：
1.3
通讯作者：
Esler J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Esler J
研究了有限超临界条件下菲利普斯双层模型有限振幅斜压波的非线性平衡问题。目的是量化Warn， Gauthier和Pedlosky （WGP）非线性理论对发展中的斜压波演化的鲁棒性和相关性，并评估伪动量的紧密性和改进的伪能量界对扰动振幅和能量的影响。使用高分辨率数值模型在（β，W）空间中执行参数扫描，其中β是初始流动的反临界，而wi是通道宽度与（内部）罗斯比半径的比值。在低超临界下，发现WGP的主要预测在短时间内是准确的，但在长时间内发现完全非线性的结果与WGP的解偏离。平衡机制包括消除低层位涡（PV）梯度，但随着超临界的增加，这是通过一列相反符号的涡的卷起来实现的，而不是像WGP那样通过粗粒PV均匀化来实现的。峰值波幅值通常≈在伪动量界下可达到最大值的90%。给出了扰动能量上的伪能界的新公式，与WGP解和伪动量界不同，它对扰动能量有非平凡的依赖性。对达到这些界限的程度进行了详细的评估。
The nonlinear equilibration of finite amplitude baroclinic waves in Phillips two-layer model is investigated at finite supercriticality. The aims are to quantify the robustness and relevance of the nonlinear theory of Warn, Gauthier and Pedlosky (WGP) for the evolution of the developing baroclinic wave, and to assess the tightness of pseudomomentum and improved pseudoenergy bounds for disturbance amplitude and energy. A high-resolution numerical model is used to perform a parameter sweep in (β,W)-space, where β is the inverse criticality of the initial flow, andWis the ratio of the channel width to the (internal) Rossby radius. At low supercriticalities, the main predictions of WGP are found to be accurate at short times, but at long times the fully nonlinear results are found to diverge from WGP's solution. The mechanism for equilibration involves the elimination of the lower layer potential vorticity (PV) gradient, but as the supercriticality increases this is achieved by the roll-up of a train of opposite-signed vortices, rather than by coarse-grain PV homogenization as in WGP. Peak wave amplitudes are typically ≈90% of the maximum attainable under the pseudomomentum bound. New formulae are given for the pseudoenergy bound on disturbance energy which, unlike the WGP solution and the pseudomomentum bound, have non-trivial dependence onW. A detailed assessment is made of the extent to which these bounds are attained.
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