气象学的进展

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气象学的进展/2015年/文章
特殊的问题

大规模动态、异常流量和远距离联系2015

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体积 2015年 |文章的ID 629429年 | https://doi.org/10.1155/2015/629429

克劳斯Dethloff Labsch h Dorthe Handorf,迈克尔诉Kurgansky, 在一个非线性Quasi-Geostrophic模型大气环流的政权”,气象学的进展, 卷。2015年, 文章的ID629429年, 19 页面, 2015年 https://doi.org/10.1155/2015/629429

在一个非线性Quasi-Geostrophic模型大气环流的政权

学术编辑器:安东尼·r·卢波
收到了 2015年3月10
修改后的 2015年5月19日
接受 2015年5月24日
发表 2015年12月09

文摘

大气低频变化和流通制度行为的背景下研究了quasi-geostrophic(路上)三级T63北半球的冬季大气环流模式(NH)。模型生成强大的年际和年代际变化,统治的环形模式变化。它成功地再现了一个令人满意的气候学和最重要的大气环流机制模型。北极涛动的积极的阶段是一个健壮的特性的quasi-geostrophic T63模式。模型结果基于路上动力学基础在北半球温带和大气政权的行为表明,非线性内部流程提供重大贡献大气年际和年代际时间尺度上气候变化。

1。介绍

大气环流拥有优先似稳定的世界范围的流动配置,所谓的循环机制。这些政权的存在是假定几十年前1- - - - - -5以后)和统计证明(例如,(6- - - - - -9])。根据现代范式(9- - - - - -11),大气环流政权的行为,由于不规则的政权之间的转换,大大有助于大气年际和年代际时间尺度上的自然变化。然而,这些政权的动力机制动力气象学家和气候理论仍然是一个挑战,尽管取得了重大努力。

本文继续调查Sempf et al。12,13),大气政权的行为调查的quasi-geostrophic(路上)三级T21北半球的冬季大气环流模式(NH)和扩展了研究高分辨率半球路上三级T63模式。在Kurzke et al。14南半球(SH)版本的三级quasi-geostrophic T21全球海洋环流模式耦合模型 分辨率和简化的物理,和随之而来的SH冬季温带气候变化进行了研究。这一步增加水平大气模型的光谱分辨率是由增强T63的决议。经常使用这一决议通过全面的气候模型,例如,通过ECHAM5 [15]。因为世界范围,quasi-barotropic流配置主要是研究在大气环境中政权,粗与三层垂直分辨率可以推测为获取足够的必需品政权的行为。水平分辨率的增加就可以被认为是一个有意义的敏感性研究检查模型的鲁棒性仿真对大气环流的政权。因此使用的T63模式作为一种理想化的工具,避免了大量的复杂性(包括计算成本)与多级模型结构和允许我们主要侧重于提高横向分辨率的影响与中程模型(15]。类似的方法被Zidikheri和Frederiksen16)在他们的研究中随机的次网格参数化应用全球路上两层模型在三种不同的决议:T126, T63, T31。在我们的论文,我们遵循类似的思考和调查的程度大大增加水平三层路上模型光谱分辨率繁殖低频变化的基本特征和大气环流的政权的行为。

2。模型描述

路上模型,详细描述了由Weisheimer et al。17)和Sempf et al。12,18),模拟大规模北半球大气环流的时空演化的大气流函数在三个均匀垂直层永久冬季条件下同等质量的。在下面,我们将833 - hpa级别最低层,中间层为500 -下丘脑-垂体-肾上腺轴的水平,和上层167 - hpa级别。这种三级模式代表之间的交互所必需的最小垂直分辨率对流层和低平流层。它是一个半球模型T63光谱分辨率。光谱的相互作用系数是发现从光谱空间转换到网格以192分纬向的方向,它对应于一个栅格间距1.875°经度和以96分在子午方向(高斯纬度)。后者对赤道点是对称的;即在北半球有48分,但它们之间的距离变化的相对权重不同的高斯纬度。北半球地形适应谱T63分辨率,显示在图1,提供了地形强迫。建立非绝热加热的热弛豫对预定义的辐射平衡温度场模型的333年和667 - hpa压力水平。弛豫时间是22.7天。额外的表面摩擦迫使机制抑制833 - hpa流函数对一个预定义的纬向对称面强制函数(191.08天的时间尺度。这种纬向对称迫使模仿表面斜压性的经向梯度表面温度,有助于加强低级西风带,否则会太弱。水平scale-selective hyperdiffusion变弱较短的波。那些拥有最大总波数 阻尼e-folding时间为48.5 h(≈2天)。垂直温度递减率已经固定在3.0 K公里−1在333 hPa K和6.5公里−1667 hPa。

nonzonal组件的辐射平衡温度场调整的方式,在冬季的意思,导致现实的模式non-zonal extra-tropical传热供暖。纬向分量的辐射平衡温度场和表面迫使调整产生纬向风气候学尽可能真实,以确保足够的偏西风气流对山岳志和适当的流动不稳定性的条件。调优后,非绝热加热领域在这个简化模型随时间保持不变。

强迫的调整是由一个自动迭代过程,描述了Sempf et al。12,13,18]。nonzonal地区冬季(12月、1月和2月)传热的加热率在北半球的等压面300 hPa和700 hPa来自观察尼噶et al。(20.)和减毒赤道附近(图2)。相比之下,Sempf的T21模型等。12,13,18)的大小和结构nonzonal热迫使领域仍然非常相似。传热变暖发生在陆地上的海洋和冷却区域。纬向热强迫领域也有相同的结构,但振幅辐射平衡温度增加了增强的决议后,在表面的振幅迫使已经降低了。这种变化是由于增加的能量系统模型,由于模型开发过程中所有其他参数的T21模型调整T63分辨率越高,确保模拟现实的模型。调整参数包括scale-selective水平扩散和表面摩擦系数。表面摩擦的强度有很大影响模型行为如图所示版本的T21模型Sempf et al。12]。这个敏感性是T63观察模型,研究了在大气政权改变行为部分3所示。3。总结,T63路上的实现模型参数和迫使所有字段被选择根据他们的能力来表示尽可能真实的纬向风气候学以类似的方式,因为它是T21模型(18]。这是否常见的模型调优提供了一致的次网格尺度参数化方法对能源和涡度拟能的正确表示非线性级联是派生Zidikheri和Frederiksen [16尚未被研究过。

3所示。模型结果

使用部分中描述的营力2550年模型进行集成。本节描述模型气候学,紧随其后的是低频变化的评估结果的基础上经验正交函数(EOF)分析。最后,占主导地位的大气环流机制进行了分析。比较模型与观测结果,我们使用的位势高度场计算NCAR-NCEP再分析数据21),与质量加权平均三个垂直层近似等于质量,及其统计分析由Sempf et al。12,13]。

3.1。模型气候学

的时间意味着纬向风概要文件的模型模拟显示在图中3和纬向风从NCEP-NCAR再分析数据,与上述被带到三层结构平均过程和随后的平均冬季(DJF)个月。建模和观测资料之间的协议很好从赤道到中纬度地区。建模从极地风略弱于那些观察到。这可以归因于年代际尺度变化的造型的效果长期整合期间,由于经过1000天的模型调优(见部分2)观察到的建模和纬向风资料更密切匹配。风最大值在中间偏上水平代表了亚热带飞机,和最强的风最大出现在对流层上部30°N。

再分析数据的一致性,每日流函数输出数据为每个模型层级转换成时间序列的位势高度场的非线性平衡方程(见,例如,22- - - - - -24])。诊断平衡方程来源于散度方程通过应用规模分析。通常从路上流函数数据模型转换成位势高度数据通过平衡方程(例如,25])。550年平均位势高度场的模拟图的左栏所示4。正确的列了layer-averaged NCEP再分析资料。模型正确地再现了观察到的位势高度场的关键特征,可以发现在较低的模型层的落基山脉和喜马拉雅山脉。有一个槽背风一侧的山地系统,这是向西转移在北美与观察。另一个明显的槽是在欧洲,它像其他两个延伸到上层,但随高度变弱。在观察,冰岛和阿留申群岛的最小值是可辨认的低水平,但后者最低相当薄弱。这个模型偏差光谱T21模型已经被证明的版本(12,13),但阿留申低压的T63模式更弱。在中间和对流层上部水平观察显示最小值在北极附近。在模型中,这些最小值转移到南方和扩展整个西伯利亚北部海岸的喀拉海拉普捷夫海。

5显示标准差的位势高度三个模型级别(左)和layer-averaged NCEP再分析资料(右)。标准偏差的最大值时观察到的位势高度集中在中低水平附近的阿留申群岛和冰岛低点,后者在模型中不存在。模型阿留申标准差最大强烈空间明显和扩展了整个北太平洋,是比观察。

在图6我们显示模拟子午涡流热通量在333 hPa (a)和667 hPa (b)的550年的集成。模型产生的最大热通量40°N在正确的位置,尽管它的大小,相当于总经向热通量大约10 PW,两倍在现实中(例如,图 在[26])。我们认为这种差异的具体形式应用纬向热强迫,用来复制现实的NH半球平均纬向风结构。也,只有三个层次的模型,一个更实际的热通量的模拟振幅需要改进的垂直分辨率的大气环流。

3.2。低频变化

的时空结构建模的低频变化研究的一个经验正交函数(EOF)分析整个半球的位势高度数据域(例如,27,28])。等积确保所有字段乘以权重的平方根的余弦纬度(29日]。在这里,我们显示renormalised EOF模式带着领先的物理单位和相应的无量纲时间序列主成分(PC) (cf。30.])。确定位势高度场的低频变化模式,30天的平均建模的字段和月平均再分析数据的字段进行了分析。再分析,异常的数据预处理包括计算字段的意思是季节性周期。量化EOF模式空间相关系数之间的相似度计算。

第一个EOF模式因建模所得水平非常类似于著名的模式从NCEP再分析资料(图7,对吧)。小偏离模式显示,例如,在Kimoto和Ghil6),吴邦国和施特劳斯(31日伊藤,和原田32),将上述应用层平均。在整个对流层,占主导地位的模式显示一个环状结构。然而,正如前面提到的,例如,Molteni et al。33第一mid-tropospheric EOF(图)7,中间)更明显的纬向不对称特性比第一个EOF模式上方和下方。纬向不对称的特征显示出波列结构像东太平洋机构模式。偏离越强的纬向对称mid-troposphere还表示的空间水平(cf。表之间的相关系数1),具有较高相关性较高层和较低层(0.88)比上部和中部之间的水平(0.79)。模仿模式略向南转移相比,再分析数据,特别是在大西洋上空。的第一个EOF模型(图7,左)所描述的是一个明显的环状结构三个层次。在上层模型级别EOF模式类似于观察到的一个模式相关性高的0.93(见表3),但稍微纬向对称并解释更大比例的方差比其同行(cf。表2)。特别是中央涡更细长SW-NE方向再分析数据。在观察,第一mid-tropospheric EOF(图7(左)中)有更明显的纬向不对称特性比第一个eof上方和下方,量化了的高相关性较高层和较低层(0.76)比上部和中部之间的水平(见表0.721)。特别是,观察到的模式在中间水平显示更强的偏离带状结构。行动的中纬度地区中心的位置和强度显示更大的再分析和模型数据之间的差异,特别是在中间水平,在北太平洋相应减少模式之间的相关性的观察和模仿模式(见表0.633)。在中低水平,解释方差的百分比的环形模式相比减少了观察(见表2)。环形模式可见观测和模型中对应于北极涛动(AO)模式推断从EOF分析冬季海平面压力场的海平面(34,35]。


摘要
EOF1
CTRL T63
EOF1
CTRL T21
EOF1
摘要
EOF2
CTRL T63
EOF2
CTRL T21
EOF2

中下水平 0.84 0.98 0.88 0.81 0.92 0.71
中上水平 0.79 0.72 0.65 0.35 0.22 0.03
图片右下方水平 0.88 0.76 0.61 0.38 0.1 0.52


摘要EOF1 CTRL T63 EOF1 摘要EOF2 CTRL T63 EOF2

低水平 29.7% 22.4% 12.4% 7.4%
中间水平 16.1% 14.2% 12.2% 6.8%
上层 18.6% 23.9% 14.1% 12.1%


NCEP-T63 EOF1 NCEP-T21 EOF1 NCEP-T63 EOF2 NCEP-T21 EOF2

低水平 0.81 0.85 0.4 0.03
中间水平 0.63 0.53 0.26 0.1
上层 0.93 0.42 0.51 0.35

第二个eof再分析数据在图所示8(右)。对流层上层的模式显示wavenumber-1模式,这是典型的平流层第二eof(例如,32])。按照Molteni et al。33和吴和施特劳斯31日),低收入和mid-tropospheric模式类似于地冰冷海洋/温带模式(蒙头斗篷36,37])。蒙头斗篷模式获得回归模式对NH意味着异常对土地和结果对比坐在陆地和海洋之间的热惯性(37]。在大西洋,蒙头斗篷模式包括一个南北偶极类似于北大西洋涛动(NAO)模式。通风帽的变化模式在对流层wavenumber-1模式在低平流层表示模式之间的相关性水平降低中低水平之间(0.81和0.35之间的中间和上部水平)。

第二个EOF模型的上层(图8(左)显示了一个wavenumber-1模式类似于观察,但稍微转向东方,导致观察到的模式的模式相关(见表0.513)和类似的解释方差值(见表2)。另外两个层次的模型相比,观察不同模式和只显示低模式与观察到的模式(表的相关性3)和减少方差(表解释道2)。建模模式不像蒙头斗篷模式,但特点是两个主要的行动中心,坐落在东西伯利亚和中亚。

总而言之,观察到的环形模式及其垂直变化在一定程度上与增加T63 quasi-geostrophic模型复制的决议。之间的空间关联模式量化建模和观察EOF模式,有一个改进的T63 T21分辨率相比,尤其是在上层和中产水平(表3)。此外,T63的决议,之间存在高度相关的空间结构中间eof模型水平较低。这之间的高度相关性两个低水平并不局限于领先的EOF但也出现更高的EOF(表1)。相比,再分析数据和T21模型,对流层中低层的quasi-barotropic行为更明显(cf表1)。这最有可能是由于增加的T63光谱分辨率的模型,可以解释为额外的能量较低的模型级上创建,然后向上的能量传播向中间水平。

模型变化的空间结构是由环形模式。评估时间行为的程度与环形模式有关,或与另一个空间模式的可变性,主要主成分(pc)的时间序列进行小波分析分析。图9(左)显示了小波光谱连续的局部和全局的第一个人电脑(PC - 1),在这三个模型的水平。为当地小波频谱,轮廓线给信息的相对权力在一定时期内和一定的时间,而全球频谱给time-integrated权力在一定时期内的信息。在中低水平,增强能源的环形模式提出了乐队在7 - 10年和20 - 30岁。在中间层,年代际尺度上的能量增强的结果在统计上显著的光谱峰值在全球范围。相比之下,在上层,几个波段存在,总结重要的山峰在全球频谱范围内的2 - 3年,7 - 14岁,大约35岁和70岁。

相比,小波分析的观察NAM-index罗西et al。38),模型再现了年代际尺度上的重大波动(7 - 10岁),而年际尺度的波动(2 - 3岁,4 - 6岁)被低估了。这种低估可以与时间常数非绝热加热领域,迫使我们的模型模拟。根据Frederiksen Branstator [39),相当一部分的年际变化引起的大气对海温的年际变化。数十年尺度上的变化(30 - 50岁,70 - 90年)在上层模型级别是最强的。

小波频谱的第二个人电脑(PC 2)最大值在7 - 10,14日(图35,70年发生9,对吧)。这些重要的变化扩展到几乎整个模型集成。8 - 9年的时间主要是下半年明显模型的集成。小波光谱在中低水平又很相似,在中间级别的信号更强。而只有8 - 9年是全球频谱在统计上显著的高度,另外14年的时期是重要的在中间水平。

小波频谱的PC 1显示一个强烈垂直耦合的中低水平,而对于电脑2这种相似性不太明显。对于电脑低平流层级别更解耦和数十年变化占主导地位。高度,颞可变性的主要模式的特点是强烈的波动在年代际尺度上(7 - 10岁),这表明的重要性在内部生成的非线性变化的大气动力学这些时间表。

结果表明,大气模型,没有任何外部时间迫使但完全是因为内部非线性动力学,超长时间尺度上产生明显的变化。这证实了先前的结果的可靠性和更理想化的模型研究[12,13,17,40- - - - - -44]T63的水平分辨率,也应用于先进的全球大气环流模型。

真正的气氛,当然,不是一个封闭的动态系统,如大气模型,但受到很多外部因素的影响,如太阳辐射、人为影响,或与冰冻圈的交互和海洋。因此,由年代际变化观测时间序列的分析北极涛动(38,45)时由于内部生成和外部强迫过程及其相互作用。使用我们的模型作为模拟真实的氛围,与环形模式相关的年代际变化在哪里发现模型级别,可以推测,内部的非线性动态过程对大气气候变化做出重要贡献在年代际时间尺度上。

3.3。政权的行为

分析模拟大气环流政权,这个政权检测在二维状态空间由前两个电脑张成在较低的模型级别已经完成Kimoto和Ghil [6)(参见[12,46])。状态空间的区域有一个意想不到的高复发概率的相关制度。因此,二维概率密度函数(PDF)计算。区域与概率密度显著高于预期估计通过蒙特卡洛模拟二元1阶自回归过程的(AR(1)流程)用同样的手段,方差,AR(1)过程的系数矩阵的二元原来的电脑数据。对AR模型的系数矩阵的计算和蒙特卡罗的模拟电脑代理MATLAB软件包ARfit已经使用(47]。最后,空间周期性气候的异常模式制度已经从个人电脑重建1 2的坐标估计领域的中心有一个意想不到的高复发概率。

的概率密度计算进行30天的平均数据为整个模型集成。与真正的气氛是基于layer-averaged然后每月平均NCEP-NCAR冬季再分析数据(DJF)上述(55岁)。图10(左)显示了结果的概率密度估计模型。粗线封闭区域有意想不到的高复发概率(在95%的水平),从而标志着大气环流政权。进一步分析,四个领域(标记为A, B, C, D图10)被认为是。相应的政权异常模式是显示在图11

制度与模式与积极的位势高度异常在东西伯利亚楚科奇,东西伯利亚,拉普捷夫海,伴随着负异常在太平洋和亚洲中纬度地区和亚热带。与较低的平均位势高度场模型级别(图4),这意味着削弱北太平洋和亚洲经向压力梯度,导致强meridionalization大气流动的北太平洋和亚洲中纬度地区。政权检测作为政权的总统d .由于振幅下降相关的异常模式如图11流的,结果zonalization在北太平洋和亚洲是虚弱的。

政权B的特点是四个异常中心,北太平洋(白令海)北部,西俄罗斯、格陵兰岛、冰岛,亚热带北大西洋。后两个中心类似于NAO正相位。由于其表达清楚投影EOF1,政权C与AO的正相(AO +)的hemispheric-wide增加在中纬度地区纬向流组件。

再分析数据的分析揭示了四个政权,标示在图10(右)。由于,而小样本大小为165(53冬天)85%的置信水平已经应用于检测四个政权。相应的位势高度异常字段如图12。政权都充分表明投影EOF1或EOF2;因此,政权显示为AO的两个阶段(AO +政权和AO−政权C)和通风帽模式在两个阶段(蒙头斗篷+−政权D和风帽政权B)。

总而言之,政府再分析数据的分析以及控制运行数据已经存在的证据复发性大气环流的政权。对于每个数据集我们发现四个政权。政权C表达清楚显示投影的环形模式模式正相位两个数据集。

我们两个额外的550年执行模型:第一个实验增加表面摩擦,现在0.91天的时间,第二个实验与降低表面摩擦的特征时间尺度的1.73天。生成的pdf I和II如图的实验13分别,左和右。意想不到的地区高复发概率与重要性水平的确定实验我99%,实验二世为90%。显著增强政权的行为伴随减少表面摩擦实验II是观察和同意Sempf et al。12]。

控制来看,制度分析实验我发现四个政权,标示在图13(左)。相应的政权异常模式如图14。政权的异常模式的实验我熊相似政权的控制运行的模式,但与纬向对称。因此,经向的模式意味着hemispheric-wide减弱压力梯度之间的极性和副热带地区导致强meridionalization中纬度大气流动。政权检测作为政权的总统c .由于振幅下降相关的异常模式如图14,结果zonalization中纬度流是虚弱的。剩下的两个政权B和D是同行彼此。政权的特点是三个异常中心,形成一个偶极子在西半球导致减少经向地带性流量压力梯度和减少。第三个异常中心表明积极加强相关的异常在西伯利亚上空西伯利亚高。相反,政权D相关的异常模式增加了纬向流在西半球和削弱的西伯利亚高。

实验二,三个明显的政权已发现。相应的异常模式是显示在图15。他们的特点是坚固的纬向对称结构与强的纬向对称特征两大eof生成状态空间。政权A和C的环形结构对应主要AO−和AO +政权,分别。政权B具有强大的投影EOF2并显示一个环形结构。与政权A和C,政权的环形结构B是局限于中、高纬度地区。这种模式对应于极地环形模式(PAM) [48]。黑色和麦克丹尼尔(48)再分析数据中发现了PAM作为第二个EOF的纬向平均纬向风场。这一事实不仅第一个主导模式也是第二个主导模式揭示了一个环形结构突显出增强地层由于减少摩擦实验二世。

政权之间的差异异常模式的三个模型实验是由于不同位置的政权各自的状态空间和由于明显变化向量(EOF1 EOF2)的生成机制检测的状态空间。特别是,EOF2变化的空间结构大大减少表面摩擦。相比之下,EOF1的空间结构仍然几乎不变,但这个环形模式振幅的增加(见[49])。

政权的动力来源和戏剧性的提高通过减少表面摩擦行为已经研究了Sempf et al。12,13)使用相同的模型与T21决议。这些研究表明,流通体制出现统一的多个吸引子。这里给出的结果支持假设的变化大规模几何模型的流动由于摩擦参数的变化可以解释检测大气政权的行为。

4所示。总结和讨论

路上,半球,三级模型使用T63山岳志的NH被迫调整热强迫使用一个自动化的迭代过程,详细描述Sempf et al。12,13,18]。纬向热强迫的一部分已经被调整到产生现实的纬向风结构,而nonzonal热力强迫的一部分已经调整了在这样一个方式时均nonzonal热带以外的非绝热加热作用模型中恰逢冬季观测。在大约550年的永恒的冬天模拟,模型已被证明复制温带大规模冬季环流与足够的准确性,虽然变化迫使年际变化的非绝热加热源不包括在这种模型模拟(cf。39])。模型优化出现更多的困难比T21模型版本,虽然结果如图3是满意的不是那么完美的T21模型(图 在[12])。是否应用模型调优提供了一致的次网格尺度参数化之间的T21和T63模式版本,确保能源和涡度拟能的正确表示非线性级联的建议Zidikheri和Frederiksen16]尚未研究,是未来研究的一个主题。

使用550年永恒的冬天集成、模型显示多个循环政权由前两个电脑张成的空间833 - hpa的位势高度、歧视等领域以意想不到的高概率,也就是说,更高的概率比预期的改编红噪声过程(在95%的水平)。四个最为明显政权像AO +, AO−, NAO +和机构体制,观察到在现实的气氛。再分析数据,通过使用基本相同的方法,四个政权,AO +, AO−,蒙头斗篷+−和风帽,已确定。由Sempf T21模型等。12]显示了两个循环机制(AO +和NAO−)在同一个(PC, PC 2)空间。它可以得出结论,我们的模型结果表示满意的模型气候学和表明循环机制,尤其是AO +模式,是路上的健壮的特性模型和生存在水平大幅度上升T63的光谱分辨率。

我们已经表明,T63三级路上模型不仅成功地繁殖最重要的NH流通体制,也描绘了一个显著水平变化在年际和年代际时间尺度由于固有的非线性大气动力学。模型变化的一个重要特征是环形的统治模式和高度的动态过程之间的联系两个模型水平较低,上层表现的更加独立。一方面,这种夸张quasi-barotropic行为在两个低水平可能是一个模型人工制品。另一方面,增加水平的光谱分辨率T63模式允许非线性动力过程的复制像涡度平流与精度高于与粗光谱分辨率模型,因为更明确参与的自由度动力学模型。

恶化效应最明显的解释开始提到的这一节包括增强的必要性的垂直分辨率和水平分辨率增加。根据林德恩Fox-Rabinovitz [50),一致的水平组合 和垂直 尺度quasi-geostrophic流来源于关系 ,在那里 是科氏参数和参考价值 Brunt-Vaisala频率。林德恩和Fox-Rabinovitz50强调一个细垂直分辨率不足会导致不正确的解决方案,因为即使水平尺度的垂直分辨率可能足够一个是身体上的关心,小尺度的过程中不可避免地产生集成。这个论点可以新配方为近似的要求平等的大小相对涡度和斜压拉伸项quasi-geostrophic潜在的涡度的数学表达式(QGPV),后者是一个线性椭圆算子应用于地转流函数(例如,51- - - - - -53])。限制三个层次,在我们的案例中,相当于限制正压和斜压一分之二垂直模式。事实上,后者介绍了偏见在繁殖水平比例尺小斜压罗斯比波的相速度但不让生病所带来的问题。通过大幅增加的光谱分辨率T63模式,我们的内在限制的适用性路上近似,因为罗斯比数 ( 是风速弱依赖于特征空间尺度的运动)解决最小的规模变得与团结。从这个角度看,保持粗垂直分辨率比遵循从许可的一致性关系分离不同的垂直水平运动的最小的水平尺度,当风热方程,这是身体负责这种耦合,不再是有效的。实际上,小规模的运动服从正压动力学在每个模型级别,而众所周知(例如,51,52]),正压模式实际上是适用quasi-solenoidal近似下当马赫数远低于团结,这是明显弱比罗斯比数的小要求,因此几乎总是填满。正因为如此,我们有一个无缝的过渡quasi-geostrophic动态操作的大斜压范围内,这是令人满意地描述我们的三级模式的框架内,正压动态代理在较小的尺度上。后者是非线性相互作用通过与大规模的涡度平流运动。由于上述模型性能的局限性,提高垂直分辨率是可取的。这是在未来的工作计划,但鉴于上述考虑,它将完成在较小程度上比下面的理想 的关系。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢国家环境预报中心的NCEP-NCAR再分析数据。输出的数据模拟与quasi-geostrophic T63模式可从相应的作者(doerthe.handorf@awi.de)。小波软件由c一如g .混合涂料,可用http://atoc.colorado.edu/research/wavelets/。作者特别感谢Sabine Erxleben支持进行数据分析和准备数据。作者感谢两位匿名裁判的言论大大有助于提高材料的博览会的这项工作。

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