Nhập môn hoàn lưu khí quyển - ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 8

Biến đổi tần số thấp của hoàn lưu8.1 Các quá trình tức thời tần số thấpTrong ch-ơng tr-ớc, trên Hình 7.14 là kết quả so sánh tensơ t-ơng quan xoáy đối với xoáy có tần số cao, có chu kỳ ngắn hơn m-ời ngày, với các xoáy có tần số thấp hơn. Các đặc tr-ng thống kê của xoáy tần số cao có cấu trúc rất rõ ở miền ôn đới, với cực đại trong vùng quỹ đạo xoáy thuận..Những toán tử lọc tần số cao sử dụng trong Ch-ơng 7 đã đ-ợc sử dụng để tách ra các...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhập môn hoàn lưu khí quyển - ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 8 Ch−¬ng 8. BiÕn ®æi tÇn sè thÊp cña hoμn l−u8.1 C¸c qu¸ tr×nh tøc thêi tÇn sè thÊp Trong ch−¬ng tr−íc, trªn H×nh 7.14 lμ kÕt qu¶ so s¸nh tens¬ t−¬ng quan xo¸y ®èivíi xo¸y cã tÇn sè cao, cã chu kú ng¾n h¬n m−êi ngμy, víi c¸c xo¸y cã tÇn sè thÊp h¬n.C¸c ®Æc tr−ng thèng kª cña xo¸y tÇn sè cao cã cÊu tróc rÊt râ ë miÒn «n ®íi, víi cùc ®¹itrong vïng quü ®¹o xo¸y thuËn..Nh÷ng to¸n tö läc tÇn sè cao sö dông trong Ch−¬ng 7®· ®−îc sö dông ®Ó t¸ch ra c¸c chuçi riªng cña c¸c qu¸ tr×nh ®éng lùc kh¸c nhau, ®ã lμnh÷ng qu¸ tr×nh liªn quan víi bÊt æn ®Þnh tμ ¸p vμ hÖ qu¶ lμ sù ph¸t triÓn cña sãngbÊt æn ®Þnh tμ ¸p. §éng n¨ng cña c¸c xo¸y tÇn sè thÊp cã cÊu tróc kh«ng râ rÖt. H×nh7.14 ®· chØ ra nh÷ng b»ng chøng cho thÊy khu vùc cã tÇn suÊt cùc ®¹i th−êng n»m ëvÞ trÝ cuèi dßng h¬n so víi gi¸ trÞ cùc ®¹i cña xo¸y tÇn sè cao, còng nh− t−¬ng quangi÷a trung t©m dßng xiÕt vμ cùc ®¹i cña nh÷ng biÕn ®æi tÇn sè thÊp. Tuy nhiªn, ch−acã bÊt kú mét h×nh thÕ nμo cña nh÷ng qu¸ tr×nh trªn ®−îc chØ ra mét c¸ch cô thÓ. Mét nguyªn nh©n gi¶i thÝch hiÖn t−îng ®ã lμ d¶i tÇn sè thÊp ®· bao qu¸t mét d¶itÇn sè rÊt réng. ë ®©y tån t¹i nh÷ng nhiÔu ®éng cã chu kú kh«ng lín h¬n nhiÒu so víichu kú cña nh÷ng nhiÔu ®éng tμ ¸p, vμ h¬n n÷a nh÷ng cùc ®¹i n»m cuèi dßng h¬n sovíi trung t©m quü ®¹o xo¸y thuËn phÇn nμo ®ã liªn quan tíi sù dao ®éng vμ suy yÕucña c¸c xo¸y thuËn miÒn «n ®íi, c¸c xo¸y nμy chuyÓn ®éng chËm h¬n khi chóng ®Çylªn. Tuy nhiªn ë ®©y còng cã c¶ sù xuÊt hiÖn cña nh÷ng nhiÔu ®éng tøc thêi cã biªn ®élín víi chu kú dμi h¬n rÊt nhiÒu. KÕt qu¶ ph©n tÝch phæ ®èi víi chuçi sè liÖu khÝ t−îng®ñ dμi ®· chØ ra r»ng nh÷ng biÕn ®æi quan tr¾c ®−îc cã nh÷ng chu kú dμi ng¾n kh¸cnhau. H¬n n÷a phæ thu ®−îc cã xu thÕ lμ phæ ®á víi biªn ®é t¨ng khi tÇn sè gi¶m tíitÇn sè rÊt thÊp. Trong d¶i tÇn sè ®ã ®· diÔn ra rÊt nhiÒu c¬ chÕ vËt lý diÔn ra. Tuynhiªn mét ®iÒu ngÉu nhiªn lμ dÊu hiÖu phèi hîp cña chóng khi nghiªn cøu biÕn ®æitÇn sè thÊp th× viÖc xem xÐt nh÷ng tÝn hiÓu tÇn sè thÊp tæng céng lμ kh«ng ®ñ. Ta cÇnt¸ch c¸c kho¶ng tÇn sè vμ cÊu tróc kh«ng gian riªng. §Ó thùc hiÖn ®iÒu nãi trªn b»ng c¸ch sö dông ph©n tÝch phæ hoÆc läc chuçi thêigian ®Ó t¸ch ra nh÷ng kho¶ng tÇn sè hÑp. §iÒu ®ã cã thÓ dÉn tíi c¸c cÊu tróc kh«nggian cña c¸c dao ®éng víi tÇn sè kh¸c nhau. Cã mét khã kh¨n ®èi víi ph−¬ng ph¸pnμy ®ã lμ l−îng sè liÖu ph¶i ®ñ lín ®Ó cã thÓ thu ®−îc nh÷ng kÕt luËn tin cËy. §iÒu®¸ng quan t©m h¬n lμ do ®Æc ®iÓm chung cña nhiÒu hiÖn t−îng tÇn sè thÊp ®ã lμchóng chØ lμ c¸c qu¸ tr×nh tùa chu kú. §iÒu ®ã cã nghÜa lμ, mÆc dï cã chu kú nh−ngc¸c chu kú nμy cã thÓ biÕn ®æi vμ cÊu tróc cña chóng cã thÓ biÕn ®æi trong kho¶ng gi÷amét cùc ®¹i nμy tíi mét cùc ®¹i kh¸c. Trong c¸c thμnh phÇn phæ, nh÷ng dao ®éng cãtÝnh chu kú ®−îc ®Æc tr−ng bëi mét d¶i h¬n lμ nh÷ng ®Ønh nhän. Nh÷ng ®Æc ®iÓm cho- 218 -thÊy ta ph¶i gi¶i quyÕt nh÷ng hiÖn t−îng phi tuyÕn h¬n lμ nh÷ng mode chuÈn cñanh÷ng dao ®éng râ nÐt trong nh÷ng ph©n tÝch tuyÕn tÝnh cña chuyÓn ®éng khÝ quyÓn. Trong ch−¬ng nμy, ta sÏ th¶o luËn nh÷ng kü thuËt mang tÝnh thùc nghiÖm ®−îcsö dông ®Ó t¸ch c¸c thμnh phÇn tÇn sè thÊp cña hoμn l−u khÝ quyÓn. Nh÷ng cÊu trócnμy vÒ c¬ b¶n do nh÷ng dÞ th−êng ®èt nãng ®Þa ph−¬ng hoÆc nh÷ng d¹ng t¸c ®éngkh¸c mμ khi gÆp ®iÒu kiÖn thuËn lîi cã thÓ lan truyÒn trªn mét kho¶ng c¸ch lín trªnTr¸i §Êt. Lý thuyÕt tia s¸ng ®−îc tr×nh bμy trong môc 6.2 m« t¶ ®¬n gi¶n hiÖn t−îngnμy. Ta còng sÏ xem xÐt nh÷ng dao ®éng tùa chu kú cña hoμn l−u tÇng b×nh l−u vμnh÷ng dao ®éng ®¸ng quan t©m trªn miÒn nhiÖt ®íi Th¸i B×nh D−¬ng kÓ c¶ sù t−¬ngt¸c gi÷a hoμn l−u khÝ quyÓn vμ ®¹i d−¬ng. Cuèi cïng ta sÏ thÊy r»ng chØ riªng hÖthèng khÝ quyÓn còng ®· ®ñ phøc t¹p vμ tÝnh phi tuyÕn trong viÖc t¹o ra nh÷ng hiÖnt−îng tÇn sè thÊp dÞ th−êng xÈy ra trong thêi gian ng¾n mμ kh«ng do bÊt cø nguån t¸c®éng nμo tõ hÖ thèng bªn ngoμi.8.2 C¸c h×nh thÕ quan hÖ xa KÕt qu¶ ph©n tÝch nhÊt ®Þnh cña chuçi thêi gian dμi cña hoμn l−u chung khÝquyÓn cho thÊy nh÷ng t−¬ng quan quy m« lín gi÷a dßng khÝ ë nh÷ng vÞ trÝ c¸ch xanhau. Nh÷ng dao ®éng nμy thuéc kho¶ng tÇn sè thÊp cña quy m« thêi gian vμ ®−îc gäilμ quan hÖ xa ®Ó nhÊn m¹nh mèi t−¬ng quan cïng kho¶ng c¸ch trong tù nhiªn.Quan hÖ xa xuÊt hiÖn ë nh÷ng vÞ trÝ x¸c ®Þnh vμ cã d¹ng sãng ®øng víi ®Ønh vμ ch©nsãng x¸c ®Þnh cña nh÷ng dao ®éng tÇn sè thÊp. Chóng th−êng n»m theo h−íng thÓhiÖn mèi quan hÖ cña qu¸ tr×nh tÇn sè thÊp xÈy ra trong thêi gian ng¾n gi÷a miÒnnhiÖt ®íi vμ miÒn «n ®íi. Lý thuyÕt cña mèi liªn hÖ xa nμy ch−a hoμn thiÖn nh−ng tasÏ liªn hÖ chóng víi qu¸ tr×nh lan truyÒn sãng Rossby theo h−íng kinh tuyÕn. Trongmôc nμy sÏ m« t¶ nh÷ng kü thuËt thèng kª thùc nghiÖm th−êng ®−îc sö dông ®Ó t×mc¸c d¹ng cña mèi liªn hÖ xa. Kü thuËt cã triÓn väng nhÊt lμ kü thuËt ph©n tÝch t−¬ng quan. Xem xÐt méttr−êng khÝ t−îng Q ®−îc ®Þnh nghÜa trªn mét tËp hîp N ®iÓm rêi r¹c; ký hiÖu gi¸ trÞthø i lμ Qi(t). Trong nhiÒu ph©n tÝch th× Q lμ tr−êng ®é cao ®Þa thÕ vÞ ë mùc 500 hPa,tr−êng nμy ®−îc quan tr¾c víi ®é chÝnh x¸c nhÊt ®Þnh vμ chuçi thêi gian ®ñ dμi, tèithiÓu lμ cho miÒn ngo¹i nhiÖt ®íi B¾c B¸n CÇu. CÇn l−u ý lμ cã thÓ t×m ®−îc c¸c d¹ngcña mèi liªn hÖ xa tÇn sè thÊp b»ng viÖc läc Qi theo mét c¸ch nμo ®ã ®Ó lo¹i bá c¸c dao®éng tÇn sè cao h¬n. §¬n gi¶n nhÊt lμ läc b»ng c¸ch tÝnh gi¸ trÞ trung b×nh th¸ng cñaQi. Träng t©m cña ph−¬ng ph¸p lμ tÝnh, cho mçi ®iÓm mét t−¬ng quan víi nh÷ng gi¸trÞ kh¸c cña Q ë c¸c ®iÓm kh¸c. T−¬ng quan nμy cã d¹ng Q i Q j rijj  (8.1) 1/2 1/2 2 2 Q i Q j§iÓm i ®−îc gäi lμ ®iÓm c¬ së. T−¬ng quan rÞj sÏ lín trong l©n cËn cña ®iÓm c¬ së ví ...