Planetary geostrophic Boussinesq dynamics: Barotropic flow, baroclinic instability and forced stationary waves
Planetary geostrophic Boussinesq dynamics: Barotropic flow, baroclinic instability and forced stationary waves
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行星地转布辛涅斯克动力学：正压流、斜压不稳定性和受迫驻波
DOI：
10.1002/qj.3655
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发表时间：
2019
影响因子：
8.9
通讯作者：
Achatz
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dolaptchiev;Achatz
大气中行星空间尺度上的运动受行星地转方程的支配。然而，在行星地转尺度中斜压和正压流动之间的相互作用却鲜有人关注。这是本研究的重点，它利用Boussinesq流体的行星地转方程，并补充了一个新的正压流动演化方程。后者受斜压气流的经向动量通量和地面风的拖曳的影响。另一方面，正压风通过浮力平流影响斜压气流。通过松弛到规定的浮力剖面，该模式产生了纬向对称的风场和温度场的真实主要特征。结果表明，正压和斜压地面纬向平均纬向风之间有相当大的抵消作用。研究了定常非绝热纬向非对称强迫的线性和非线性模式响应，并用解析解的形式解释了产生的定常波。在本模型中，我们还研究了球面上的斜压不稳定问题。
Motions on planetary spatial scales in the atmosphere are governed by the planetary geostrophic equations. However, little attention has been paid to the interaction between the baroclinic and barotropic flows within the planetary geostrophic scaling. This is the focus of the present study, which utilizes planetary geostrophic equations for a Boussinesq fluid supplemented by a novel evolution equation for the barotropic flow. The latter is affected by meridional momentum flux due to baroclinic flow and drag by the surface wind. The barotropic wind, on the other hand, affects the baroclinic flow through buoyancy advection. Via a relaxation towards a prescribed buoyancy profile the model produces realistic major features of the zonally symmetric wind and temperature fields. We show that there is considerable cancellation between the barotropic and the baroclinic surface zonal mean zonal winds. Linear and nonlinear model responses to steady diabatic zonally asymmetric forcing are investigated, and the arising stationary waves are interpreted in terms of analytical solutions. We also study the problem of baroclinic instability on the sphere within the present model.
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