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en physique atmosphérique et océanographie la ondes de Rossby, également connu sous le nom ondes planétaires, sont des structures qui caractérisent les mouvements des fluides géophysiques échelle synoptique et planétaire. Ils peuvent être observés aussi bien dans atmosphère, par exemple, dans meanderings faite par jet sous-polaire dans les latitudes moyennes, à la fois dans 'océan, dans l'évolution des perturbations thermocline et sont d'une importance considérable météorologie et climatologie. Ils sont dus à la plus élevée paramètre de Coriolis avec latitude, ainsi que les conditions de stockage de la moment cinétique, se présentant comme des oscillations d'inertie autour du « point d'équilibre » donné par le parfait équilibre géostrophique, situation dans laquelle les forces de pression Ils sont exactement équilibrés par force de Coriolis.

Les ondes de Rossby doivent leur nom physique suédois Carl-Gustaf Rossby, qui d'abord il identifié dans l'atmosphère et a donné l'explication 1939. Du point de vue des ondes météo Rossby et ses méandres sont associés, par l'intermédiaire de divergence et de convergence de l'air, respectivement des zones ou anticyclonique haute pression et les zones cycloniques ou basse pression (Par ex. creux jusqu'à ce que le possible couper sous la forme de gouttes froides) la détermination de advection de masses d'air avec des caractéristiques physiques différentes. Ces ondes, et des phénomènes atmosphériques qui leur sont associés, par conséquent, représentent l'un des moyens fondamentaux par lesquels le La circulation atmosphérique Les échanges de la Terre chaleur dall 'équateur à pôle.

onde de Rossby
méandres jet dans l'hémisphère nord, leur développement (a, b), et enfin le détachement d'un air froid « goutte » (c). Orange masses d'air chaudes; Rose: jet.

traitement simplifié

Les ondes de Rossby sont hors du fait que la flux zonaux de l'ouest, à-dire les flux directs de l'Ouest vers l'Est, peuvent osciller dans la direction du sud (Nord-Sud) autour de la position d'équilibre, en raison de la conservation de la vorticité, depuis le vorticité planétaire Elle augmente avec la latitude. En fait, si un flux d'ouest a une trajectoire courbe qui le conduit au Nord, au départ relatif vorticité positive. Au nord de la vorticité planétaire Il augmente et diminue par conséquent la vorticité relative. Lorsque la vorticité relative atteint une valeur négative de la courbe d'écoulement vers le sud. Dans le mouvement vers le Sud se produit un mécanisme similaire, en raison de laquelle le tourbillon par rapport à croître en arrière et le flux revient à se tourner vers le Nord. En bref, le débit moyen est toujours face à l'Est, et accomplit les oscillations autour de cette direction[1].

Potentiel vorticité flux.png ouest

beta effet

Pour simplifier la discussion des ondes de Rossby linéariser la variation de paramètre de Coriolis autour du point d'équilibre:

Il représente l'écart du point d'équilibre du sud , Il est dérivé de paramètre de Coriolis au point d'équilibre.

est le la vitesse angulaire de terre sur lui-même, R est son rayon.

Dans cette approximation, ledit Plan bêta[2], la variation du paramètre de Coriolis avec la latitude est appelée effet bêta (-effet)[3].

Modèle simplifié

Si l'on considère l'atmosphère comme une fine couche uniforme d'une épaisseur constante, la préservation de vorticité Elle implique la conservation de vorticité. Donc, si le fluide a zéro par rapport au vorticité point de latitude y, vous avez:

est le relatif vorticité, f est la vorticité planétaire. Si l'on considère la constante composante u zonale de la vitesse, la vorticité est déterminée uniquement par la composante v meridional:

En assimilant les deux expressions ci-dessus, on obtient:

Si nous substituons l'expression « vague » que

vous obtenez

qui est une version simplifiée du relation de dispersion les ondes de Rossby dans l'atmosphère midlatitudes[4]. Notez que le vitesse de phase vague ainsi obtenu est toujours négatif, c.-à-face à l'Ouest. Puis l'onde se propage vers l'ouest par rapport à l'écoulement principal, qui est dirigé vers l'Est.

Rapport de fuite

Étant donné que les ondes de Rossby sont observées dans les mouvements à grande échelle, la relation de dispersion peut être déduite avec une précision raisonnable en utilisant l 'approximation couche superficielle homogène, -à-dire compte tenu de l'atmosphère (ou l'océan) sous la forme d'une couche mince de fluide et homogène, dans lequel la composante verticale du mouvement est négligeable[5]. Il commence à partir 'équation de vorticité dans cette approximation, qui, au milieu des latitudes, où > \ Zeta} « />, Elle est donnée par:

où f est la vorticité planétaire, est le relatif vorticité. Dans cette équation en substituant l'expression discuté précédemment pour l'effet bêta , refondre et en négligeant les termes d'ordre supérieur à celui que vous obtenez:

Depuis est considéré comme le fluide à l homogène et incompressible 'équation de continuité la masse est:

où (u, v, w) sont les trois composantes de la vitesse. En intégrant l'équation de la profondeur H est obtenu:

où ils sont considérés comme les composantes horizontales indépendantes de la vitesse sur la hauteur, et où est l'élévation de la colonne de fluide par rapport à la profondeur moyenne H: on suppose que l'approximation est une valeur . Refonte est:

En substituant cette expression dans l'équation de vorticité est obtenu:

Cette relation est appelée équation de vorticité potentielle et un rapport est d'une importance capitale dans la description mouvements quasi-geostrofoci[6].

En supposant que localement les mouvements sont approximativement geostrofci Les relations suivantes:

En substituant ces dans l'équation ci-dessus, et rappelant que pour les mouvements tourbillonnaires presque niveau n'a que rien de composante verticale, qui est donnée par vous obtenez:

en exigeant la forme suivante:

Elle est obtenue par la relation de dispersion des ondes de Rossby:

Enfin, en substituant l'expression de la dans les Rossby, donnée par vous obtenez:

ondes courtes

Si le longueur d'ondes est faible par rapport au rayon de Rossby est appelée ondes de Rossby. Dans ce cas, le terme Il est petit, et la relation de dispersion devient:

Notez que cette expression est très similaire à celle obtenue dans la section modèle simplifié. En fait, il peut être obtenu en faisant un raisonnement similaire, mais compte tenu également des oscillations de la composante zonale de la vitesse, par conséquent, la composante l la vecteur d'onde. En comparant les ' équation de vorticité utilisé dans le modèle simplifié avec ' équation de vorticité potentielle formé dans la dérivation de la relation de dispersion, on constate que la différence entre les deux est donnée par l'absence dans le premier terme de . Ainsi, vous pouvez comprendre que les ondes courtes Rossby hausse de la colonne de liquide est négligeable, l 'énergie potentielle gravitationnelle associé à des mouvements est faible par rapport à 'énergie cinétique, et l'onde est déterminée par seulement effet bêta qui est exercée sur le fluide en mouvement[7]. Les ondes courtes Rossby sont observées dans l'atmosphère, où le rayon de Rossby est de l'ordre de 1000 km[8], et près de la 'équateur où le rayon de Rossby tend vers l'infini.

la vitesse de phase ondes courtes est donné par:

Il est toujours négatif, face-à-dire de l'Ouest. la vitesse de groupe Elle est donnée par:

depuis habituellement l << k. Quindi le onde di Rossby corte habituellement propagent vers l'est par rapport au courant principal. En règle générale, les ondes atmosphériques plus courte de 3000 km de déplacement vers l'est par rapport à la surface de la terre[9]

L'analyse qui Rossby effectuée en 1939 concerne ondes courtes du soleil.

onde longue

Si le longueur d'ondes est plus grand que le rayon de Rossby est appelée les ondes de Rossby longues. Dans ce cas, la relation de dispersion devient:

Les longues vagues de Rossby ne sont pas des ondes dispersif, à savoir, vitesse de phase Il est indépendant de longueur d'ondes et est équivalent à vitesse de groupe. Elle est donnée par:

Il est toujours négatif, tant les ondes de Rossby se propagent vers l'ouest.

Pour de longues vagues de Rossby le terme , dans 'équation de vorticité potentielle, Il est plus important que relatif vorticité et les mouvements sont approximativement en équilibre géostrophique: Il parle de mouvements presque géostrophique. Les longues ondes de Rossby peuvent être observées dans l'océan, dans l'évolution des perturbations thermocline, puisque le rayon Rossby pour ces mouvements est seulement 10-30 km[10].

notes

  1. ^ Holton, p98.
  2. ^ Gill, P495.
  3. ^ Holton, P214.
  4. ^ Holton, P215.
  5. ^ Gill, P444.
  6. ^ Gill, P447.
  7. ^ Gill, P503.
  8. ^ Holton, P259.
  9. ^ Holton, P154.
  10. ^ Gill, P207.

bibliographie

  • James R Holton, Une introduction à la météorologie dynamique, ISBN 978-0-12-354015-7, 4e édition
  • Adrian Gill, Atmosphere-Ocean Dynamics, ISBN 0-12-283522-0

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