Введение к работе
Актуальность темы. Циклоны умеренных широт (ЦУШ) являются важнейшими элементами общей циркуляции атмосферы, поэтому исследования процессов зарождения и развития ЦУШ - одна из самых важных задач теории общей циркуляции атмосферы. Эти исследования ведутся в различных направлениях, среди которых одним из наиболее приоритетных направлений является изучение их энергетики. Достоинство энергетического подхода определяется тем, что он обеспечивает единую шкалу при оценке вклада различных атмосферных процессов в развитие циклонов.
Из всех видов энергии, участвующих в энергетических преобразованиях в ЦУШ, особое место занимает кинетическая энергия, так как она в наибольшей степени отражает физическую сущность процессов, происходящих в циклонах. По этой причине одна из главных проблем теории общей циркуляция - проблема трансформации кинетической энергии в ЦУШ. Как известно, трансформация кинетической энергии в движениях синоптического масштаба может происходить под действием сил гортонтального барического градиента и турбулентного трения. Наиболее изучена трансформация кинетической энергии под действием горизонтального барического градиента. Однако исследования пространственно-временного распределения значений этой величины и ее составляющих в ЦУШ явно недостаточны. Относительно трансформации кинетической энергии под действием силы турбулентного трения следует отметить, что непосредственные оценки вклада этой величины в баланс кинетической энергии не проводились, поскольку в большинстве работ мощность турбулентного источника определялась по остаточному слагаемому уравнения баланса кинетической энергии, в которое, помимо трансформации, входит приток кинетической энергии, обусловленный турбулентным обменом, а также ошибки исходной информации и расчетов.
Кроме того, необходимо отметить следующее. Так как для расчета параметров энергетики используются данные аэрологического зондирования, то мелкомасштабные пульсации метеорологических величин уже отфильтрованы, и остается только вклад мезомасштабной (среднемасштабной) турбулентности, наибольший горизонтальный размер которой определяется расстоянием между аэрологическими станциями и составляет 1200 - 2000 км.
Таким образом, иель работы состоит в изучении механизмов трансформации (генерации и диссипации) кинетической энергии в циклонах умеренных широт, происходящей под действием сил горизонтального барического градиента и среднемасштабного турбулентного трения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
разработка методики исследования составляющих трансформации кинетической энергии в ЦУШ;
изучение закономерностей трехмерного распределения величин трансформации кинетической энергии в ЦУШ;
оценка основных факторов, определяющих характер трансформации кинетической энергии в ЦУШ;
* исследование зависимости величин трансформации кинетической зі
гии от стадии эволюции ЦУШ.
Основные положения, которые выносятся на защиту:
результаты расчета величин трансформации кинетической энерги ЦУШ на разных стадиях их эволюции;
пространственная структура трансформации кинетической энерги ЦУШ;
схема энергетических преобразований, способствующих трансфер ции кинетической энергии в ЦУШ за счет работы силы горизонтального ба ческого градиента;
схема энергетических преобразований, способствующих трансфор ции кинетической энергии вследствие среднемасштабной турбулентности. Научная нов гана работы:
получена картина трехмерного распределения значений трансформа] кинетической энергии за счет работы силы горизонтального барического і диента, а также вследствие среднемасштабного турбулентного трения в Ц! на разных стадиях их эволюции;
дана сравнительная оценка механизмов трансформации кинетичес энергии в ЦУШ;
установлено, что в свободной атмосфере среднемасштабная турбуле ность является квазигеострофической;
показано, что в энергетических процессах, происходящих в циклоь активную роль играет отрицательная вязкость.
Практическая значимость работы:
выводы, сделанные в диссертации, позволяют получить более пол представление о физических механизмах энергетических процессов, проис дящих в ЦУШ на разных стадиях их эволюции;
результаты исследования трансформации кинетической энергии в ЦЗ используются при чтении лекций студентам-метеорологам Пермского госу верситета по курсу «Динамическая метеорология» в разделе «Энергетика аті сферы»;
выполненная работа нашла научно-практическую реализацию в отче гранта РФФИ (проект № 98-05-65462) «Эмпирическое моделирование прои сов вихревой турбулентности при исследовании баланса кинетической энер] циклонов умеренных широт» в 1998 - 1999 гг. и ЕЗН (проект № 1.5.99Ф) <С пирическое моделирование процессов мелкомасштабной и среднемасштабЕ турбулентности в атмосфере» в 1999 г.
Апробация работы и публикации.
Результаты работы были представлены на Всероссийской научной к ференции «Современная география и окружающая среда» в 1996 г. в г. Каза на Всероссийской научной конференции «Фридмановские чтения» в 1998 г.: Перми, на Международной научно-методической конференции «Университе
в формировании специалиста XXI века» в 1999 г. в г. Перми. По теме диссертации опубликовано 5 работ. Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 147 наименований. Объем диссертации составляет 145 страниц, содержит 41 рисунок и 13 таблиц.
Похожие диссертации на Трансформация кинетической энергии в циклонах умеренных широт
