Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ЭНЕРГЕТИКА АТМОСФЕРЫ И ЦИРКУЛЯЦИЯ В ТРОПИКАХ Ц
1.1. Основные виды энергии 7
1.2. Энергетический цикл Оорта Щ
1.3. Циркуляция атмосферы в тропиках Щ-
1.3.1. Циркуляционные системы 48
1.3.2. Перенос энергии в тропиках 20
1.3.3. Взаимодействие процессов различных масштабов 29
2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В АТМОСФЕРЕ ТРОПИЧЕСКОЙ ЗОБЫ ЗЬ
2.1. Уравнения гидротермодинамики 33
2.2. Доступная потенциальная энергия ЦО
2.3. Изменения доступной потенциальной энергии и кинетической энергии 50
2.4. Зональная доступная потенциальная энергия и зональная кинетическая энергия 56
2.5. Вихревая доступная потенциальная энергия и вихревая кинетическая энергия 66
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИКИ ТРОПИЧЕСКОЙ АТМОСФЕРЫ ?4
3.1. Расчет составляющих баланса энергии в тропиках. щ
3.1.1. Характеристика исходных данных щ
3.1.2. Допущения, применимые для тропической атмосферы 75
3.1.3. Алгоритм расчетов 82
3.1.4. Распределение удельных количеств видов энергии и скоростей их изменения #5
3.2. Энергетический цикл тропической атмосферы 431
3.2.1. Энергетический цикл в среднем за год J53
3.2.2. Энергетический цикл зимой и весной \Ц5
3.2.3. Энергетический цикл летом и осенью щЦ-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ tip
ЛИТЕРАТУРА /56
Введение к работе
Тропическая атмосфера лежит между тропиками Рака и Козерога, то есть эта зона ограничивается широтами 30° северного и южного полушарий. Хотя изменения свойств атмосферы не носят строго широтного характера, на многолетних и даже на месячных картах /9, 32, 54, 73/ можно заметить, что оси субтропических поясов высокого давления и линии раздела между восточными и западными потоками в средней тропосфере лежат около 30° северного и южного полушарий.
Тропическая зона - одна из слабо изученных областей на земном шаре. Дня исследования атмосферных процессов в тропиках крупномасштабные операции не планировались до середины 60-х годов. Одной из причин является то, что сеть станций в тропической зоне по разным причинам оказывается намного реже, чем в умеренных и в высоких широтах. Чем ближе к экватору, тем реже сеть станций. На огромных пространствах, занятых океанами, метеорологические и аэрологические станции вообще отсутствуют, если не считать станций на отдельных островах. Неравномерность расположения станций и недостаточное их количество создают огромные трудности для научных исследований процессов в тропиках.
В тропической зоне возникают разрушительные тропические циклоны и периодические катастрофические засухи. В 1969-1973 гг. засуха поразила районы Западной Африки и как следствие этого в этих странах погибло около 80$ поголовья скота /17/. Отсюда становится ясным, что нужно подробнее изучать процессы тропиче ской зоны. Поэтому,как только появились технические возможности, был проведен ряд экспериментов в данной зоне: АТЭКС (1969), БОМЭКС (1969), ТРОПЭКС (1972), ИСМЭКС (1973), АТЭП (1974), "Муссон-77". При проведении этих экспериментов большое внимание было обращено на энергетику тропической атмосферы /48, 55, 56, 75, 76/.
В настоящее время ряд исследований посвящен энергетике общей циркуляции. Однако их авторы делают те или иные допущения, которые не применимы для тропической атмосферы. Так например, А.Н.Оорт /94/ построил энергетический цикл атмосферы при предположении, что она сухая. Во внетропической зоне, если воздух влажный, но не насыщенный, термодинамические процессы в нем с количественной стороны не будут существенно отличаться от процессов в сухом воздухе, так как виртуальная поправка температуры воздуха мала и ею можно пренебречь. Во внетропической зоне при рассмотрении уравнений гидротермодинамики реальную атмосферу можно считать сухой при условии, что в уравнении первого начала термодинамики будут учтены притоки тепла, обусловленные фазовыми преобразованиями воды. В отличии от этих широт в тропиках, где наблюдаются большие значения удельной влажности (в нижнем слое внутритропической зоны конвергенции она достигает (30...40) г/кг, виртуальная поправка достигает 10°С и ею пренебрегать нельзя. Следовательно, энергетические процессы в тропической атмосфере нужно изучать на основе использования уравнения гидротермодинамики влажного воздуха.
Ван Мигем. Ж. /7/ при исследовании доступной потенциальной энергии ввел понятие стандартного состояния атмосферы, в которой распределение массы воздуха определяет стандартное давление. При этом фактическое состояние атмосферы считают устой чивым. Однако нижняя половина тропосферы в тропиках часто стратифицирован неустойчив . Поэтому необходимо исследовать доступную потенциальную энергию с учетом слоя статической неустойчивости тропической атмосферы.
Э.Н.Лоренц /42/ представляет доступную потенциальную энергию через величину, обратно пропорциональной разнице между су-хоадиабатическим градиентом и вертикальным градиентом температуры. Однако в нижнем слое тропической атмосферы градиенты температуры (вертикальные) могут превышать сухоадиабатичеокий градиент, в силу этого там понятие доступной потенциальной энергии теряет смысл. Следовательно, количество доступной потенциальной энергии необходимо вычислять, исходя из его точного выражения.
Тропический пояс получает огромную энергию от солнца и является единственным районом земного шара, который получает солнечной энергии больше, чем излучает ее обратно в Космос. Большая часть этой избыточной солнечной энергии (около двух третьих) поступает в атмосферу за счет испарения. Наличие большого запаса энергии в атмосфере тропической зоны в виде скрытой теплоты конденсации существенно влияет на общую циркуляцию атмосферы. Поэтому при изучении энергетического цикла следует уделять большое внимание потокам различных видов энергии через границы тропической зоны.
Задача исследования источников и преобразования энергии в тропиках относится к числу наиболее важных задач метеорологии, так как, во-первых, тропическая зона играет огромную роль в энергетических процессах более высоких (внетропических) широт и, во-вторых, правильное понимание энергетического цикла тропической атмосферы позволяет выяснить взаимодействие между процессами различных масштабов в данной зоне.
Настоящее исследование позволило уточнить и в некоторой части впервые дать ответы на сформулированные выше вопросы, которые в настоящее время являются важнейшими при изучении общей циркуляции атмосферы.
