Трансформация кинетической энергии в циклонах умеренных широт

• Автор: Свиязов, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 11.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1.КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕГИЯ

1.1. Преобразование энергии в циклонах умеренных широт

1.2. Турбулентное движение в атмосфере.

1.3. Уравнение баланса кинетической энергии среднего движения

1.4. Уравнение трансформации кинетической энергии

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА СОСТАВЛЯЮЩИХ ТРАНСФОРМАЦИИ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

2.1. Расчет вертикальных движений

2.2. Расчет составляющих кинетической энергии

2.3. Подготовка исходного материала. .

3. ТРАНСФОРМАЦИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БАРИЧЕСКОГО ГРАДИЕНТА
3.1. Трансформация кинетической энергии под действием горизонтального барического градиента.
3.2. Приток вихревой потенциальной энергии вследствие горизонтального турбулентного обмена
3.3. Приток вихревой потенциальной энергии за счет вертикального турбулентного обмена.
3.4. Превращение вихревой потенциальной энергии в кинетическую энергию циклонов умеренных широт.
3.5.Трансформация кинетической энергии за счет осредненной потенциальной энергии.
3.6.Влияние внутренних и внешних факторов на процесс трансформации кинетической энергии под действием силы барического
градиента в циклонах умеренных широт.
4. ТРАНСФОРМАЦИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЫ СРЕДНЕМАСШТАБНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ТРЕНИЯ
4.1. Трансформация кинетической энергии вследствие горизонтального турбулентного обмена
4.2. Трансформация кинетической энергии за счет вертикального турбулентного обмена
4.3. Влияние мезомасштабной турбулентности на процесс трансформация кинетической энергии в циклонах умеренных широт. . . .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Таким образом, можно сделать вывод о том, что под действием силы горизонтального барического градиента в циклонах умеренных широт происходит диссипация кинетической энергии. Относительно других источников кинетической энергии в ЦУШ , в частности, трансформации кинетической энергии вследствие турбулентного трения необходимо отметить следующее. Исследованию этих процессов уделялось намного меньше внимания, чем трансформации кинетической энергии за счет работы силы горизонтального барического градиента. Последнее объясняется определенными трудностями методического характера, возникающими при расчетах этих составляющих баланса кинетической энергии , , . По этой причине получены лишь косвенные оценки мощности рассматриваемых источников кинетической энергии в ЦУШ , , , , 3, 2, 7. ЦУШ, одним из которых является турбулентный обмен, позволяет надеяться на то, что этот пробел в наших знаниях о трансформации кинетической в ЦУШ и в целом в системе ОЦА будет восполнен. Прежде чем непосредственно перейти к исследованию вопроса о трансформации кинетической энергии в циклонах умеренных широт, обратимся к вопросам энергетики внетропических циклонических вихрей, чтобы показать место и роль изучаемого вопроса в более общей проблеме. Энергетика циклонов изучается на основе уравнений баланса различных видов энергии. Полученные результаты в различных исследованиях очень часто противоречат друг другу. Тем не менее, эти результаты показывают общие закономерности энергообмена в циклонических вихрях , , 3, 0, 3. Наиболее важными для атмосферных процессов синоптического масштаба являются следующие виды энергии кинетическая К, потенциальная Ф внутренняя 7, энергия скрытой теплоты фазовых переходов воды , вихревая составляющая кинетической энергии В и доступная потенциальная энергия ДПЭ. Все вышеуказанные виды энергии позволяют изучить энергетические процессы в циклонах умеренных широт. Как известно, в результате неравномерного притока тепла к высоким и низким широтам, в средних широтах образуются зоны повышенных контрастов температур и больших сдвигов ветра, которые называются высотными фронтальными зонами ВФЗ. В них сосредоточены большие запасы доступной потенциальной и кинетической энергии. С этими зонами связаны такие синоптические объекты, как струйные течения и фронтальные разделы , , , 5. С ВФЗ также связано возникновение и развитие внетропических возмущений и, в частности, циклонов. Энергию для своего развития циклоны умеренных широт берут из высотных фронтальных зон , , 7 в процессе бароклинной и баротропной неустойчивости непрерывно стратифицированного воздушного потока 7, 8, , , , . Ведущая роль в возникновении и развитии циклонических и антициклонических вихрей принадлежит механизму бароклинной неустойчивости 8, при которой доступная потенциальная энергия переходит в кинетическую 0,4, 6. Как показано в работах , , , , 1 процессы притока оттока и трансформации энергии существенно зависят от интенсивности и стадии развития циклонов. В рассматриваются подвижные и малоподвижные циклоны, проходящие все стадии эволюции, скорость перемещения которых соответственно более кмч и менее кмч. Первые, как правило, являются более интенсивными и содержат больше запасов кинетической энергии, ее вихревой составляющей, доступной потенциальной энергии и энергии скрытой теплоты фазовых переходов, чем малоподвижные циклоны. Запасов потенциальной энергии в подвижных циклонах должно быть меньше, вследствие того, что эти барические образования более глубокие. Процессы трансформации энергии происходят также активнее в подвижных циклонических вихрях, по сравнению с малоподвижными. Рассмотрим энергетические преобразования в циклонах в процессе их эволюции. На стадиях углубления циклонических возмущений происходит уменьшение всех видов энергии, кроме кинетической и ее вихревой составляющей. Наибольшие запасы связаны со струйными течениями. На стадии заполнения оба вида энергии уменьшаются, и в верхней части тропосферы становятся меньше первоначальных накоплений. Уменьшение потенциальной энергии до стадии максимального развития наблюдается во всех исследуемых слоях, а на стадии заполнения только в верхней тропосфере.