Nhập môn hoàn lưu khí quyển - ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 4

Hoàn lưu kinh hướng trung bình theo vĩ hướng 4.1 Quan trắc cơ bản Cấu trúc quy mô lớn của dòng khí khí quyển biến đổi nhanh nhất theo ph-ơng thẳng đứng và chậm nhất theo vĩ h-ớng. Vì vậy, việc lấy trung bình vĩ h-ớng cho thấy rõ tầm quan trọng của sự biến đổi theo ph-ơng kinh h-ớng và ph-ơng thẳng đứng, và là ph-ơng pháp hữu ích trong nghiên cứu hoàn l-u toàn cầu đ-ợc sử dụng trong nhiều năm qua. Tuy nhiên, theo nhiều tác giả, hoàn l-u toàn cầu đơn giản là mô hình chiếu trên mặt...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhập môn hoàn lưu khí quyển - ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 4 Ch−¬ng 4. hoμn l−u kinh h−íng trung b×nh theo vÜ h−íng 4.1 Quan tr¾c c¬ b¶n CÊu tróc quy m« lín cña dßng khÝ khÝ quyÓn biÕn ®æi nhanh nhÊt theo ph−¬ng th¼ng ®øng vμ chËm nhÊt theo vÜ h−íng. V× vËy, viÖc lÊy trung b×nh vÜ h−íng cho thÊy râ tÇm quan träng cña sù biÕn ®æi theo ph−¬ng kinh h−íng vμ ph−¬ng th¼ng ®øng, vμ lμ ph−¬ng ph¸p h÷u Ých trong nghiªn cøu hoμn l−u toμn cÇu ®−îc sö dông trong nhiÒu n¨m qua. Tuy nhiªn, theo nhiÒu t¸c gi¶, hoμn l−u toμn cÇu ®¬n gi¶n lμ m« h×nh chiÕu trªn mÆt ph¼ng kinh tuyÕn. Trong cuèn s¸ch nμy, ta sÏ xem xÐt réng h¬n b»ng c¸ch cè g¾ng tæng kÕt hiÓu biÕt hiÖn t¹i cña chóng ta. VÒ m« h×nh ®Çy ®ñ ba chiÒu cña giã vμ nhiÖt ®é trong khÝ quyÓn. Tuy nhiªn, quan ®iÓm vÒ dßng trung b×nh vÉn h÷u Ých ®Ó b¾t ®Çu tr×nh bμy vÊn ®Ò trong ch−¬ng nμy. u vµ vect¬ tèc ®é giã kinh h−íng. (a) Th¸ng 12,1,2; (b) Th¸ng 6,7,8 H×nh 4.1 Tèc ®é giã vÜ h−íng - 81 - Giã vÜ h−íng trung b×nh vμ vÐct¬ giã kinh h−íng ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 4.1, dùa theo sè liÖu cña Trung t©m dù b¸o thêi tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u. Dßng th¨ng ë miÒn nhiÖt ®íi víi tèc ®é th¼ng ®øng cùc ®¹i ë b¸n cÇu mïa hÌ. Dßng gi¸ng m¹nh nhÊt ë kho¶ng vÜ ®é 25-30o trªn b¸n cÇu mïa ®«ng víi dßng h−íng vÒ xÝch ®¹o gÇn bÒ mÆt, vμ dßng ®i ra tõ miÒn nhiÖt ®íi ë phÇn trªn tÇng ®èi l−u do tÝnh liªn tôc. Trôc ®èi xøng cña hoμn l−u nμy thÝch øng râ nhÊt cña dßng khÝ khÝ quyÓn ®èi víi sù d− thõa nhiÖt ë miÒn nhiÖt ®íi vμ thiÕu hôt nhiÖt ë miÒn vÜ ®é cao ®· ®−îc th¶o luËn trong ch−¬ng tr−íc. Halley (1689) vμ Hadley (1735) ®Òu gi¶ thiÕt vÒ sù tån t¹i vßng hoμn l−u nãi trªn ®Ó tÝnh to¸n gi¶i thÝch tÝn phong thæi vÒ xÝch ®¹o t¹i bÒ mÆt. C«ng tr×nh nghiªn cøu cña hä cã ý nghÜa lÞch sö lín, ®ã lμ nh÷ng cè g¾ng ®Çu tiªn m« t¶ hoμn l−u toμn cÇu b»ng nh÷ng sè h¹ng cña m« h×nh vËt lý ®¬n gi¶n. H×nh 4.1 (tiÕp) (c) Tèc ®é giã trung b×nh n¨m lËp trªn c¬ së sè liÖu 6 n¨m cña Trung t©m dù b¸o thêi tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u. Kho¶ng gi¸ trÞ gi÷a c¸c ®−êng ®¼ng tèc lµ 5m/s, tèc ®é v−ît qu¸ 20m/s t« ®Ëm. Mòi tªn ngang chØ tèc ®é kinh h−íng 3m/svµ mòi tªn theo chiÒu th¼ng ®øng chØ tèc ®é th¼ng ®øng 0,03Pa/s  M« h×nh giã vÜ h−íng trung b×nh u trªn H×nh 4.1 quan hÖ chÆt chÏ víi ph©n bè  cña nhiÖt ®é ®Þa thÕ vÞ  ®−îc minh ho¹ trªn H×nh 4.2 víi c¸c ®−êng nh− trªn H×nh 4.1 nh−ng víi c¸c ®−êng ®¼ng nhiÖt ®é thÕ vÞ. C¸c m« h×nh cho th¸ng 12, th¸ng 1, th¸ng 2 vμ th¸ng 6, 7, 8 bæ sung ®Çy ®ñ cho c¸c m« h×nh trªn. C©n b»ng giã nhiÖt (ph−¬ng tr×nh 1.53) gÇn ®óng ®èi víi trung b×nh vÜ h−íng. Do ®ã, gradien ngang cña nhiÖt ®é lín cã liªn quan víi ®é lín cña tèc ®é giã theo chiÒu th¼ng ®øng ë hÇu kh¾p miÒn vÜ ®é trung b×nh, vμ vÜ ®é cao. ë miÒn nhiÖt ®íi gradien ngang cña nhiÖt ®é nhá, do f cã xu thÕ tiÕn dÇn tíi 0, giã kh«ng ®−îc x¸c ®Þnh bëi quan hÖ giã nhiÖt ë miÒn nhiÖt ®íi. §èi chiÕu H×nh 4.1 vμ 4.2 ta thÊy hoμn l−u Hadley th¨ng lªn ë vïng vÜ ®é thÊp n¬i cã nhiÖt ®é lín nhÊt vμ gi¸ng xuèng ë vïng cã nhiÖt ®é nhá h¬n. Tõ ch−¬ng ba ta thÊy hoμn l−u sinh ra ®éng n¨ng, ®−îc gäi lμ hoμn l−u nhiÖt trùc tiÕp. Hoμn l−u nhiÖt trùc tiÕp còng thÊy ë c¸c vÜ ®é cao, ®Æc biÖt vμo mïa ®«ng ë miÒn vÜ ®é trung b×nh Nam B¸n CÇu. Hoμn l−u kinh h−íng trung b×nh lμ hoμn l−u nhiÖt gi¸n tiÕp. Hoμn l−u nhiÖt ®èi xøng trùc tiÕp kh«ng tån t¹i ë miÒn vÜ ®é trung b×nh, ë ®©y nã ®−îc thay thÕ b»ng mét hoμn l−u nhiÖt gi¸n tiÕp ®−îc gäi lμ vßng hoμn l−u Ferrel. §Æc ®iÓm nhiÖt ®éng lùc cña hoμn l−u nμy ®Æc tr−ng bëi dßng gi¸ng ë khu vùc nãng vμ dßng th¨ng ë khu vùc l¹nh h¬n, ®Æc tr−ng cho sù tiªu t¸n cña ®éng n¨ng. Hoμn l−u - 82 - nμy bÞ t¸c ®éng bëi mét sè nguyªn nh©n h×nh thμnh d¹ng c¬ häc. KÕt qu¶ nghiªn cøu ®· ®−îc c¸c t¸c gi¶ Victor Starr vμ c¸c céng sù cña «ng ë MIT tiÕn hμnh vμo n¨m 1940 vμ 1950 cho thÊy vai trß ®¸ng kÓ cña c¸c xo¸y miÒn «n ®íi trong viÖc ®iÒu khiÓn hoμn l−u. u  vµ  . (a) Th¸ng 12,1,2 (b) Th¸ng 6,7,8 lËp trªn c¬ së sè liÖu cña H×nh 4.2 §−êng ®¼ng tèc cña ECMWF. Kho¶ng gi¸ trÞ gi÷a c¸c ®−êng ®¼ng tèc nh− trªn H×nh 4.1. Kho¶ng gi¸ trÞ gi÷a c¸c ®−êng ®¼ng  lµ 5K H¹n chÕ cña hoμn l−u Hadley trong miÒn nhiÖt ®íi liªn quan víi chuyÓn ®éng quay cña Tr¸i §Êt. ChuyÓn ®éng tùa ®èi xøng cã xu thÕ b¶o toμn m«men ®éng l−îng, kÕt qu¶ lμ g©y nªn giã vÜ h−íng m¹nh mét c¸ch dÞ th−êng ë phÇn trªn tÇng ®èi l−u h−íng vÒ cùc tõ 20o vÜ hay lín h¬n. ViÖc x¸c ®Þnh m«men ®éng l−îng riªng cña dßng khÝ t¹i vÜ ®é  lμ (  a cos  + [u]) a cos  . Sù b¶o toμn m«men ®éng l−îng ®èi víihoμn l−u n¬i tèc ®é giã vÜ h−íng b»ng 0 t¹i xÝch ®¹o cho thÊy giã vÜ h−íng t¹i c¸c vÜ ®é kh¸c ®−îc tÝnh theo c«ng thøc u   a sin 2  / cos  (4.1) Theo c«ng thøc nμy ta tÝnh ®− ...