Энергетический цикл Лоренца - Lorenz energy cycle

В Энергетический цикл Лоренца описывает поколение, преобразование и рассеяние из энергия в общая атмосферная циркуляция.^[1] Назван в честь метеоролога. Эдвард Н. Лоренц который работал над его математической формулировкой в ​​1950-х годах. ^[2]

Схематическое изображение с примерами

Описание

Введение

Любая система циркуляции атмосферы, будь то малогабаритная Погода система или крупномасштабная зональная ветровая система, поддерживается подачей кинетической энергии. Развитие такой системы требует либо преобразования некоторой другой формы энергии в кинетическую энергию, либо преобразования кинетической энергии другой системы в энергию развивающейся системы.^[3]В глобальном масштабе атмосферная циркуляция должна переносить энергию в направлении полюсов, потому что в тропиках есть чистый выигрыш энергии за счет приходящей солнечной радиации и чистая потеря энергии в высоких широтах из-за теплового излучения. В низких широтах, где Ячейка Хэдли принимает форму, перенос энергии к полюсу осуществляется средней меридиональной циркуляцией. Напротив, в средних широтах влияние продольно асимметричных элементов, называемых вихрями, преобладает над средним потоком. Для более тщательного изучения полезно разделить все параметры (например, P) на их средние по зонам (обозначенные верхней чертой, например п) и их отклонения от среднего зонального значения из-за орография, контрасты суши и моря, погодные системы и любые другие вихревые элементы (обозначены штрихом, например, P ').

Резервуары энергии

Доступные потенциальная энергия это количество потенциальной энергии в атмосфере, которая может быть преобразована в кинетическая энергия. В статически стабильный атмосферы, среднезональная доступная потенциальная энергия п приблизительно как:

${\displaystyle {\overline {P}}={\frac {1}{2}}\int _{A}{\frac {\rho _{0}}{N^{2}}}\left({\frac {\partial {\overline {\Phi }}}{\partial z^{*}}}\right)^{2}\,\mathrm {d} V}$

где ${\displaystyle \int _{A}\mathrm {d} V}$ - интеграл по всей атмосфере Земли, ρ₀ это среднее плотность воздуха, N - частота плавучести, мера статической устойчивости, Φ - геопотенциал а z * обозначает журналдавление координировать.

Возможная потенциальная энергия вихря P 'приблизительно равна:

${\displaystyle P'={\frac {1}{2}}\int _{A}{\frac {\rho _{0}}{N^{2}}}{\overline {\left({\frac {\partial \Phi '}{\partial z^{*}}}\right)^{2}}}\,\mathrm {d} V}$

Зональная средняя кинетическая энергия K приблизительно как:

${\displaystyle {\overline {K}}=\int _{A}\rho _{0}{\frac {{\overline {u}}^{2}}{2}}\,\mathrm {d} V}$

где u и v - зональная и меридиональная составляющие скорости воздуха.

Вихревая кинетическая энергия K 'приблизительно равен:

${\displaystyle K'=\int _{A}\rho _{0}{\frac {{\overline {u'^{2}}}+{\overline {v'^{2}}}}{2}}\,\mathrm {d} V}$ ^[1]

Источники, поглотители и преобразование энергии

Описание энергетического цикла Лоренца завершается математическим формализмом для генерации потенциальной энергии посредством диабатического нагрева, ее преобразования в кинетическую энергию посредством вертикальное движение воздуха и рассеивание кинетической энергии через трение. Преобразование средней зональной энергии в энергию вихрей и наоборот возможно, когда вихри взаимодействуют со средним потоком и вытесняют теплый / холодный воздух.^[1]

использованная литература

1. Холтон, Джеймс Р. (2004). Введение в динамическую метеорологию (PDF) (4-е изд.). Elsevier Academic Press. С. 337–343. ISBN  978-0-12-354015-7. Получено 2 марта 2018.
2. Лоренц, Эдвард Н. (май 1955 г.). «Доступная потенциальная энергия и поддержание общей циркуляции». Скажи нам. VII (2): 157–167. Дои:10.1111 / j.2153-3490.1955.tb01148.x.
3. Лоренц, Эдвард Н. (май 1960). «Энергетический и численный прогноз погоды». Скажи нам. 12 (4): 364–373. Дои:10.3402 / tellusa.v12i4.9420.