پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 161 |
| تعداد شماره‌ها | 6,532 |
| تعداد مقالات | 70,501 |
| تعداد مشاهده مقاله | 124,097,542 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 97,205,224 |
شکست توازن و تولید امواج گرانی– لختی در مدل دولایه‌ای روی کره | ||
| فیزیک زمین و فضا | ||
| مقاله 16، دوره 38، شماره 1 - شماره پیاپی 886676، اردیبهشت 1391، صفحه 241-257 اصل مقاله (1.04 M) | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/jesphys.2012.24845 | ||
| نویسندگان | ||
| محمد میرزایی1؛ علیرضا محب‌الحجه2؛ فرهنگ احمدی‌گیوی3 | ||
| 1دانشجوی دکتری هواشناسی، گروه فیزیک فضا، مؤسسة ژئوفیزیک دانشگاه تهران، ایران | ||
| 2دانشیار، گروه فیزیک فضا، مؤسسة ژئوفیزیک دانشگاه تهران، ایران | ||
| 3استادیار، گروه فیزیک فضا، مؤسسة ژئوفیزیک دانشگاه تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| در این مقاله، شبیه‌سازی ایدئالی از تولید خودبه‌خودی امواج گرانی– لختی در ضمن تحول شارش تاواری در یک مدل عددی برمبنای معادلات بسیط کروی با دو لایه هم‌دمای پتانسیلی مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این مدل معادلات بسیط در نمایش تاوایی پتانسیلی، واگرایی سرعت افقی و واگرایی شتاب عرضه می‌شود. انتگرال‌گیری مکانی با طرح‌واره تفاضل متناهی مرتبه چهارم فشرده در راستای نصف‌النهاری و تبدیل طیفی در راستای مداری و انتگرال‌گیری زمانی با استفاده از طرح‌واره نیمه‌ضمنی سه زمانه صورت می‌گیرد. همچنین معادله تاوایی پتانسیلی با الگوریتم فرابرد پربندی نیمه‌لاگرانژی حل می‌شود. حالت اولیه شامل یک جت متوازن است که به‌صورت یک پریشیدگی بسیار کوچک برای راه‌اندازی ناپایداری به شرایط اولیه اضافه می‌شود. به‌علاوه، برای بررسی دقیق‌تر امواج، با استفاده از رابطه توازن بولین-چارنی بخش‌های متوازن و نامتوازن شارش از هم جدا می‌شود. نتایج الگوی بخش‌های نامتوازن واگرایی سرعت و واگرایی شتاب برای مُد کژفشار بیانگر تولید خودبه‌خودی دو بسته‌موج است که با توجه به شرایط اولیه متوازن، می‌توان نتیجه گرفت که گسیل خودبه‌خودی این امواج با شکست توازن همراه است. موقعیت شکل‌گیری دو بسته‌موج در پایین‌دست و بالادست ناوه است که به نظر می‌رسد بسته‌موج پایین‌دست ناوه مشابه بسته‌موج ژنگ و بسته‌موج بالادست ناوه مشابه شبیه‌سازی پلوگونون و اسنایدر در چرخه عمر با رفتار چرخندی است. به منظور شناسایی دقیق این امواج، ویژگی‌هایی از قبیل طول موج افقی، بسامد مطلق و بسامد ذاتی محاسبه می‌شود که مقدار بسامد ذاتی به‌دست آمده برای هر دو بسته‌موج، نسبت به تحقیقات مشابه بزرگ‌تر است. به‌علاوه، برای تحلیل بسامدی این دو بسته‌موج، تبدیل فوریه زمان کوتاه برای تعیین صحت نتایج روش قبلی به‌کار رفته است. استفاده از این روش باعث افزایش دقت در تعیین بسامد مطلق شده و نتایج روش قبلی را نیز تأیید می‌کند. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| امواج گرانی– لختی؛ بسامد ذاتی؛ تاواری؛ تاوایی پتانسیلی؛ واگرایی سرعت؛ واگرایی شتاب | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| The breakdown of balance and generation of inertia–gravity waves in a two-layer model on a sphere | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mohamad Mirzaei1؛ Alireza Mohebalhojeh2؛ Farhang Ahmadi-Givi3 | ||
| چکیده [English] | ||
| The spontaneous generation of inertia–gravity waves (IGWs) in the idealized simulation of vortical flows is investigated using the isentropic two-layer model on a sphere. The contour-advective semi-Lagrangian (CASL) algorithm is applied to solve the primitive equations using the potential vorticity (PV), velocity divergence, and acceleration divergence as the prognostic variables. The CASL algorithm consists of a Lagrangian part and an Eulerian part. While the Lagrangian part is attributed to PV equation and solved by contour advection, the Eulerian part includes the prognostic and diagnostic equations for the grid-based variables of velocity divergence, acceleration divergence and the depth field. The fourth-order compact differencing and spectral transform are used, respectively, in latitudinal and longitudinal directions and time stepping is carried out using a three-time-level semi-implicit scheme. The model is set up using 256 grid points in both latitudinal and longitudinal directions, the upper- and lower-layer potential temperatures of, respectively, 280 K and 310 K, and the same horizontal mean depth of 5 km for the two layers. A balanced, zonal jet is used as the initial state and a very small perturbation is added to it as a trigger instability. In order to determine the IGWs more accurately, the Bolin–Charney balance relations are used to decompose the flow into a balanced part controlled by PV and an unbalanced part representing free inertia–gravity waves. In this study, the analysis of the velocity divergence, acceleration divergence and PV points to breakdown of balance and generation of two wave packets of IGWs where sharp PV gradients appear to contribute significantly to the generation and organization of the wavepackets of IGWs. Application of the CASL algorithm helps to capture fine-scale structures in PV and to quantify IGWs generated by vortical flows more accurately. With regard to balanced initial conditions used, these gravity waves are spontaneously generated from the breakdown of the balance. The first wave packet is found on the downstream side of the trough similar to the mesoscale waves described by Zhang in 2004. The second wave packet is identified on the upstream side of the trough similar to the wave packet described by Plougonven and Snyder in 2007 in idealized simulations of a baroclinic life cycle dominated by cyclonic behavior. It seems that the propagation direction of the first wave packet is the same as that of the Zhang, but the second wave packet propagates perpendicular to the wave packet of Plougonven and Snyder. By determining the characteristics of the waves, the magnitude of the intrinsic frequency of both wave packets are found to be larger than those of the previous studies and is near to the results of Wang and Zhang in 2007 for their low static stability experiment. Further, a short-time Fourier transform is used to determine the dominant absolute frequency and verify frequency characteristics of the packets obtained by the dispersion relation. In this method, the time–frequency analysis for each signal is provided by applying a moving time window to the signal and taking the fast Fourier transform. The more accurate results obtained by this method for the intrinsic frequency confirm the estimates based on the local dispersion relation. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| acceleration divergence, balance, inertia–gravity waves, Potential vorticity, Short time Fourier transform, velocity divergence, vortical flow | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 3,028 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,521 |
||