Nhập môn hoàn lưu khí quyển - ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 4 pptx

Trục đối xứng của hoμn lưu nμy thích ứng rõ nhất của dòng khí khí quyển đối với sự dư thừa nhiệt ở miền nhiệt đới vμ thiếu hụt nhiệt ở miền vĩ độ cao đã được thảo luận trong chương trước

Chương 4 hoμn lưu kinh hướng trung bình theo

vĩ hướng

4.1 Quan trắc cơ bản

Cấu trúc quy mô lớn của dòng khí khí quyển biến đổi nhanh nhất theo phương thẳng đứng vμ chậm nhất theo vĩ hướng Vì vậy, việc lấy trung bình vĩ hướng cho thấy

rõ tầm quan trọng của sự biến đổi theo phương kinh hướng vμ phương thẳng đứng, vμ

lμ phương pháp hữu ích trong nghiên cứu hoμn lưu toμn cầu được sử dụng trong nhiều năm qua Tuy nhiên, theo nhiều tác giả, hoμn lưu toμn cầu đơn giản lμ mô hình chiếu trên mặt phẳng kinh tuyến Trong cuốn sách nμy, ta sẽ xem xét rộng hơn bằng cách cố gắng tổng kết hiểu biết hiện tại của chúng ta Về mô hình đầy đủ ba chiều của gió vμ nhiệt độ trong khí quyển Tuy nhiên, quan điểm về dòng trung bình vẫn hữu ích để bắt đầu trình bμy vấn đề trong chương nμy

Hình 4.1 Tốc độ gió vĩ hướng  u và vectơ tốc độ gió kinh hướng (a) Tháng 12,1,2; (b) Tháng 6,7,8

Gió vĩ hướng trung bình vμ véctơ gió kinh hướng được biểu diễn trên Hình 4.1, dựa theo số liệu của Trung tâm dự báo thời tiết hạn vừa Châu Âu

Dòng thăng ở miền nhiệt đới với tốc độ thẳng đứng cực đại ở bán cầu mùa hè

trên bán cầu mùa đông với dòng hướng

về xích đạo gần bề mặt, vμ dòng đi ra từ miền nhiệt đới ở phần trên tầng đối lưu do tính liên tục Trục đối xứng của hoμn lưu nμy thích ứng rõ nhất của dòng khí khí quyển đối với sự dư thừa nhiệt ở miền nhiệt đới vμ thiếu hụt nhiệt ở miền vĩ độ cao đã

được thảo luận trong chương trước Halley (1689) vμ Hadley (1735) đều giả thiết về sự tồn tại vòng hoμn lưu nói trên để tính toán giải thích tín phong thổi về xích đạo tại bề mặt Công trình nghiên cứu của họ có ý nghĩa lịch sử lớn, đó lμ những cố gắng đầu tiên mô tả hoμn lưu toμn cầu bằng những số hạng của mô hình vật lý đơn giản

Hình 4.1 (tiếp) (c) Tốc độ gió trung bình năm lập trên cơ sở số liệu 6 năm của Trung tâm dự báo thời tiết

hạn vừa Châu Âu Khoảng giá trị giữa các đường đẳng tốc là 5m/s, tốc độ vượt quá 20m/s tô đậm Mũi tên ngang chỉ tốc độ kinh hướng 3m/svà mũi tên theo chiều thẳng đứng chỉ tốc độ thẳng đứng 0,03Pa/s

Mô hình gió vĩ hướng trung bình  u trên Hình 4.1 quan hệ chặt chẽ với phân bố của nhiệt độ địa thế vị   được minh hoạ trên Hình 4.2 với các đường như trên Hình 4.1 nhưng với các đường đẳng nhiệt độ thế vị

Các mô hình cho tháng 12, tháng 1, tháng 2 vμ tháng 6, 7, 8 bổ sung đầy đủ cho các mô hình trên Cân bằng gió nhiệt (phương trình 1.53) gần đúng đối với trung bình

vĩ hướng Do đó, gradien ngang của nhiệt độ lớn có liên quan với độ lớn của tốc độ gió theo chiều thẳng đứng ở hầu khắp miền vĩ độ trung bình, vμ vĩ độ cao ở miền nhiệt

đới gradien ngang của nhiệt độ nhỏ, do f có xu thế tiến dần tới 0, gió không được xác

định bởi quan hệ gió nhiệt ở miền nhiệt đới

Đối chiếu Hình 4.1 vμ 4.2 ta thấy hoμn lưu Hadley thăng lên ở vùng vĩ độ thấp nơi có nhiệt độ lớn nhất vμ giáng xuống ở vùng có nhiệt độ nhỏ hơn Từ chương ba ta thấy hoμn lưu sinh ra động năng, được gọi lμ "hoμn lưu nhiệt trực tiếp" Hoμn lưu nhiệt trực tiếp cũng thấy ở các vĩ độ cao, đặc biệt vμo mùa đông ở miền vĩ độ trung bình Nam Bán Cầu Hoμn lưu kinh hướng trung bình lμ hoμn lưu nhiệt gián tiếp Hoμn lưu nhiệt đối xứng trực tiếp không tồn tại ở miền vĩ độ trung bình, ở đây nó được thay thế bằng một hoμn lưu nhiệt gián tiếp được gọi lμ vòng hoμn lưu Ferrel Đặc

điểm nhiệt động lực của hoμn lưu nμy đặc trưng bởi dòng giáng ở khu vực nóng vμ dòng thăng ở khu vực lạnh hơn, đặc trưng cho sự tiêu tán của động năng Hoμn lưu

nμy bị tác động bởi một số nguyên nhân hình thμnh dạng cơ học Kết quả nghiên cứu

đã được các tác giả Victor Starr vμ các cộng sự của ông ở MIT tiến hμnh vμo năm 1940

vμ 1950 cho thấy vai trò đáng kể của các xoáy miền ôn đới trong việc điều khiển hoμn lưu

Hình 4.2 Đường đẳng tốc của  u và   (a) Tháng 12,1,2 (b) Tháng 6,7,8 lập trên cơ sở số liệu của ECMWF Khoảng giá trị giữa các đường đẳng tốc như trên Hình 4.1 Khoảng giá trị giữa các đường

đẳng  là 5K

Hạn chế của hoμn lưu Hadley trong miền nhiệt đới liên quan với chuyển động quay của Trái Đất Chuyển động tựa đối xứng có xu thế bảo toμn mômen động lượng, kết quả lμ gây nên gió vĩ hướng mạnh một cách dị thường ở phần trên tầng đối lưu

khí tại vĩ độ  lμ (a cos + [u]) a cos  Sự bảo toμn mômen động lượng đối vớihoμn lưu nơi tốc độ gió vĩ hướng bằng 0 tại xích đạo cho thấy gió vĩ hướng tại các vĩ độ khác

đới vμ cận nhiệt đới biến đổi theo kiểu như phương trình 4.1 mô tả Gió tăng lên xấp xỉ

hμm bậc hai từ xích đạo, với tốc độ cực đại 35-40m/s ở dòng xiết cận nhiệt đới Thực tế

lμ gió ở dòng xiết cận nhiệt có liên quan với giới hạn về phía cực của nhánh trên cao trong vòng hoμn lưu Hadley Điều đó cho thấy rằng vòng hoμn lưu Hadley có thể lμ mô hình hoá thô của sự bảo toμn mômen động lượng trong vòng hoμn lưu đối xứng

Trước khi mô tả một mô hình đơn giản của hoμn lưu Hadley dựa trên những nguyên lý cơ bản đó, ta cần phải thấy rằng mô hình hoμn lưu Hadley/Halley đơn giản bây giờ thấy gần thực tế hơn lμ sơ đồ biểu diễn trên Hình 4.1 Số liệu sử dụng cho sơ

đồ đã được lấy trung bình theo hμm Euler, đó lμ chuỗi thời gian của gió ở vĩ độ vμ mực nhất định được tổng hợp để tính được gió trung bình mùa Nhưng ta sẽ có một bức tranh rất khác biệt nếu lấy trung bình theo phương pháp Lagrangian bằng cách lấy trung bình tốc độ của các phân tử khí khi chúng chuyển động vòng trong khí quyển Việc lấy trung bình nμy rất khó thực hiện do số liệu không đầy đủ Tuy nhiên, có thể thực hiện lấy trung bình xấp xỉ Lagrangian Ví dụ, Johnson đã phân tích số liệu gió bề mặt theo nhiệt độ thế vị trước khi tiến hμnh lấy trung bình theo thời gian vμ theo vĩ

độ Vì vậy, nhiệt độ thế vị nói chung bảo toμn trong các phân tử chất lỏng theo quy mô thời gian nhỏ hơn 5 ngμy Việc lấy trung bình đẳng nhiệt độ thế vị nμy đối với các phân tử khí trong khoảng thời gian ngắn Đặc biệt, có thể theo dõi các phân tử khí xuyên qua hệ thống áp thấp ở vĩ độ trung bình Trên Hình 4.3 lμ kết quả phân tích thể hiện rõ hμm dòng theo hướng kinh tuyến đối với thời kỳ thực hiện trong FGGE sử dụng cách tính trung bình Euler truyền thống với kết quả phân tích tương tự trên mặt



Hình 4.3 Sự đối lập của hàm dòng khối lượng theo chiều kinh hướng tháng 1-1979 (a) Dùng phương

pháp tính trung bình tựa Lagrange trên mặt đẳng nhiệt độ thế vị và (b) Dùng phương pháp tính trung

bình Euler trên mặt đẳng áp (Townsend, Johnson, 1985)

Nếu lấy quy mô của toạ độ thẳng đứng thì mô hình miền ôn đới trong cả hai trường hợp không giống nhau ở miền ôn đới nơi tập trung các hệ thống áp thấp dịch chuyển, chúng khác biệt hoμn toμn Vòng hoμn lưu Ferrel không có trên các sơ đồ

đẳng entropi, các phân tử khí chuyển động vòng từ miền nhiệt đới về miền cực theo hoμn lưu trực tiếp nhiệt động lực Bảo toμn mômen động lượng không được thực hiện thậm chí lμ gần đúng đối với hoμn lưu nμy tại các vĩ độ cao Nguyên nhân lμ do gradien khí áp vĩ hướng địa phương có liên quan với sự vận chuyển theo chiều kinh hướng ở miền ôn đới vượt quá chuyển động quay theo chiều vĩ hướng của khí quyển Nhưng điều đó không xảy ra do trường gió vĩ hướng có liên quan với hoμn lưu phi đoạn nhiệt gây ra nhiễu động dịch chuyển không được tính đến đầy đủ Những hiệu ứng của các xoáy đối với dòng vĩ hướng sẽ được thảo luận trong mục 4.4 Nguồn gốc của các xoáy nμy lμ tiêu đề chính của Chương 5 vμ Chương 6

4.2 Mô hình Held-Hou của hoμn lưu Hadley

Mô hình vòng hoμn lưu Hadley đơn giản nhất vμ thể hiện rõ cơ chế vật lý nhất lμ mô hình của Held vμ Hou công bố năm 1980 Mô hình sử dụng những nguyên lý cân bằng mômen động lượng vμ cân bằng gió nhiệt đối với phân tử khí chuyển động vòng

để dự báo sự mở rộng theo hướng vĩ tuyến vμ sự tăng cường của vòng hoμn lưu Hadley Hình 4.4 minh hoạ về mô hình nμy

Hình 4.4 Minh hoạ sơ đồ của mô hình Held-Hou

Mô hình gồm hai mực của tầng đối lưu nhiệt đới Dòng khí hướng về xích đạo tại

bề mặt, nơi mμ ma sát bề mặt lμm giảm tốc độ gió trung bình vĩ hướng, sự bảo toμn mômen động lượng không đáng kể Dòng hướng cực xuất hiện ở độ cao H Cấu trúc nhiệt được mô tả bằng nhiệt độ thế vị  ở mực giữa H/2

Dòng được điều khiển bởi sự lμm lạnh Newtơn theo sự phân bố nhiệt độ cân bằng bức xạ E( ) đối với quy mô thời gian E Đó lμ phương trình nhiệt động lực được viết như sau

trong đó P2 (sin ) = ( 3 sin2  -1)/2 lμ đa thức Lagendre bậc hai

 lμ nhiệt độ thế vị cân bằng bức xạ trung bình toμn cầu



 lμ sự khác biệt nhiệt độ cân bằng giữa cực vμ xích đạo

Sự phân bố đó được lμm trơn vμ coi lμ liên tục vμ giữ được đặc tính đối xứng quan

2 0 E

Phân bố nhiệt thực tế khác với phân bố cân bằng bức xạ với bình lưu do chuyển

động không khí cân bằng với xu thế phi đoạn nhiệt được cho bởi phương trình 4.2

Thực chất mô hình Held-Hou được dùng để dự báo nhiệt độ thực tế từ bảo toμn cân

bằng mômen động lượng Giả thiết gió ở mực trên cao theo phương trình 4.1, ở những

vĩ độ thấp tính theo công thức

a

yU

2 M



Chỉ số dưới M cho biết đây lμ gió vĩ hướng nhận được từ bảo toμn mômen động lượng

Gió vĩ hướng ở mực thấp bằng không do ma sát gây nên

aH

yH

Uz





Nhưng độ đứt gió thẳng đứng liên hệ với gradien ngang của nhiệt độ theo quan hệ gió

nhiệt Với giả thiết lμ dòng đối xứng dừng vμ cân bằng tĩnh học Cân bằng gió nhiệt

phải thoả mãn ngay cả đối với miền vĩ độ thấp (xem phương trình (1.53)) Dùng chiều

cao lμm toạ độ thẳng đứng, phương trình có thể viết dưới dạng

y

gz

usin2

ygHa

2y

gHa2

Hơn nữa, chỉ số dưới M cho thấy rằng trường nhiệt độ thế vị nhận được từ việc

định nếu biểu diễn nhiệt độ xích đạo vμ ta dự đoán trước lμ sự vận chuyển nhiệt do vòng hoμn lưu Hadley lμm cho nhiệt độ xích đạo nhỏ hơn E0 Phân bố của E vμ M

được so sánh trên Hình 4.5

Hình 4.5 Minh hoạ sự phụ thuộc hàm với khoảng cách tới cực đối với mô hình Held-Hou Phải được

chọn sao cho diện tích giữa hai đường cong phải bằng nhau, nghĩa là không có sự đốt nóng thuần

của phần tử khí

Profile nhiệt độ phẳng hơn profile cân bằng bức xạ ở khu gần tới xích đạo ở vĩ độ cao, nó giảm nhanh hơn Từ hình vẽ ta thấy rằng ở đây có sự đốt nóng trong khu vực

từ xích đạo đến điểm cắt thứ nhất, sự lμm lạnh trong khu vực từ điểm cắt thứ nhất tới

điểm cắt thứ hai ở những vĩ độ cao lại có sự đốt nóng, điều nμy lμ không thể có được

về mặt động lực học vμ có thể kết luận lμ chuyển động hướng cực bắt đầu từ điểm cắt thứ hai, điểm cắt thứ hai lμ giới hạn về phía cực của vòng hoμn lưu Hadley, vĩ độ của

nó biểu diễn lμ Y ở vĩ độ cao hơn E trong mô hình đối xứng nμy Vĩ độ giới hạn của nhánh về phía cực của vòng hoμn lưu Y được xác định bởi giá trị M0 được chọn sao cho ở đây không có sự đốt nóng của phân tử khí tham gia hoμn lưu, do đó, (từ phương trình 4.2)

dydy

Y 0

Y

0 EM

  hoặc

2 2 0 E 4 2 0 2 0

a3

YgHa10

a

YgHa2

Hai phương trình đó có hai biến chưa biết lμ Y vμ M0 Có thể thấy trước lμ lời giải

các biến nμy có dạng lμ

2 / 1

0 2

3

gH5

2 0

M 0 E

a18

gH5

Nếu chọn 0 = 255 K vμ  = 40K (giá trị quan trắc thường thấy) ta tính được Y = 

2200km vμ E 0 - M0 = 0,8K So sánh với Hình 4.1 ta thấy ước lượng chiều ngang của

vòng hoμn lưu Hadley ít nhất phù hợp với thực tế quan trắc, tuy nhiên hơi nhỏ hơn so

với giá trị nμy

Mô hình cũng đưa ra một bức tranh về mối quan hệ giữa gió vĩ hướng ở phần trên

tầng đối lưu với vòng hoμn lưu Hadley Với y  Y, gió vĩ hướng ở mực trên đơn giản

bằng UM tính theo phương trình 4.5 Với y > Y nhiệt độ bằng nhiệt độ cân bằng bức xạ

vμ gió vĩ hướng có thể được tính từ cân bằng gió nhiệt nhờ sử dụng E, gió nμy ký hiệu

lμ UE vμ khi vĩ độ nhỏ nó được coi lμ không đổi vμ bằng







a

gH Có sự gián đoạn của gió

vĩ hướng tại y = Y Kết quả dự đoán có cả yếu tố phù hợp thực tế vμ không phù hợp với

thực tế Điều đó cho thấy tồn tại dòng xiết cận nhiệt ở giới hạn cực của vòng hoμn lưu

Hadley Thực vậy, Hình 4.1 cho thấy có tồn tại dòng xiết nμy Nhưng sự gián đoạn về

tốc độ gió ở rìa của vòng hoμn lưu Hadley không quan trắc được vì nó rất bất ổn định

Sự khác nhau giữa M0(nhiệt độ xích đạo thực) vμ  (nhiệt độ xích đạo cân bằng bức E0

xạ) có thể được sử dụng để xác định tốc độ dòng kinh hướng liên quan với hoμn lưu

Hadley Tại xích đạo do tính đối xứng ta sẽ có cân bằng giữa biến đổi bình lưu theo

chiều thẳng đứng vμ sự đốt nóng nên

E

0 M 0 E

zw

0N

gw

/s thì W = 0,24 mm/s Do tính liên tục, tốc độ gió ngang đặc biệt ở phần cận nhiệt

của vòng hoμn lưu Hadley

H

Y

Với các tham số trên thì v = 0,5 cm/s So sánh với Hình 4.1 ta thấy gió kinh hướng

quan trắc được trong vòng hoμn lưu Hadley khoảng 1m/s Vì vậy, ta có thể nói rằng

mô hình đã xác định hợp lý hình dạng của hoμn lưu Hadley, nhưng cường độ được xác

định theo mô hình lμ nhỏ Tuy nhiên lý thuyết Held-Hou có thể tốt hơn những giả

thiết đơn giản nμy Ta đã xem xét hoμn lưu Hadley trung bình năm đối xứng qua xích

đạo Nhưng đốt nóng bức xạ mặt trời không đối xứng qua xích đạo trong hạ chí vμ

đông chí, với cực đại đốt nóng ở bán cầu mùa hè Phân bố nhiệt độ cân bằng bức xạ có

dạng

2

2 EP NS

0

E      

trong đó EPlμ chênh lệch nhiệt độ giữa cực vμ xích đạo NSlμ chênh lệch nhiệt độ

giữa cực mùa hè vμ cực mùa đông Khi đó, dòng thăng không còn ở ngay trên xích đạo

Vì vậy, bảo toμn mômen động lượng dẫn tới sự hình thμnh gió đông trên cao ở xích đạo

(do cân bằng gió nhiệt) vμ cực đại M lệch khỏi xích đạo tới vĩ độ có dòng đi lên cực đại

Hình 4.6 minh hoạ dạng của đường M vμ E trong trường hợp phi đối xứng

Hình 4.6 Mô hình Held- Hou đối với trường hợp đốt nóng cực đại kể từ xích đạo Vĩ độ s,N,D

cũng như nhiệt độ MOtại xích đạo cần được xác định

Phi đối xứng nghĩa lμ sự tăng lên cực đại không liên quan với vĩ độ nơi có nhiệt độ

cân bằng bức xạ cực đại hay liên quan với đường chia vòng hoμn lưu Bắc Bán Cầu vμ

Nam Bán Cầu Kết quả lμ ta có một hệ thống phức tạp hơn với 4 thông số chưa biết

chúng được xác định theo điều kiện trong phương trình 4.12 vμ 4.13 Kết quả tính

toán của mô hình phi đối xứng được biểu diễn trên Hình 4.7

Vòng hoμn lưu nhanh chóng trở thμnh phi đối xứng khi cực đại cân bằng bức xạ

lệch khỏi xích đạo, với một vòng hoμn lưu nhỏ ở bán cầu mùa hè vμ một vòng hoμn lưu

mạnh hơn với dòng thăng ở bán cầu mùa hè, dòng giáng ở bán cầu mùa đông Dòng

khối lượng được vận chuyển bởi hai vòng hoμn lưu tỷ lệ thuận với khu vực nằm giữa

đường cong  M vμ E trên Hình 4.5 Khác nhiều so với mô hình đốt nóng phi đối xứng

vμ ta sẽ giả thiết hoμn lưu Hadley trung bình năm chiếm ưu thế bởi hai vòng hoμn lưu

mùa đông Nếu giả thiết nμy lμ đúng ước tính Y sẽ tăng, w vμ v sẽ tăng với đại lượng

lμm cho nó lớn hơn so với đường vẽ theo kết quả quan trắc

Hình 4.7 Kết quả tính đối với vòng hoàn lưu Hadley bất đối xứng với giả thiết các thông số như trên:

(a) biến s,N,D như hàm của o, vĩ độ của dải có nhiệt độ cân bằng bức xạ cực đại (b) biến của dòng khối lượng được vận chuyển bởi vòng hoàn lưu mùa đông và mùa hè như hàm của oMột nguyên lý quan trọng đã được minh hoạ bằng những tính toán đó Cường độ

vμ đặc trưng của các vòng hoμn lưu hoμn lưu chịu ảnh hưởng của hμm phi tuyến cao lμm biến đổi vĩ độ có đốt nóng cực đại Kết quả lμ hoμn lưu Hadley trung bình năm rất khác so với khi thích ứng với tác động trung bình năm mμ ta sẽ dự đoán Dưới dạng khác nhau, vấn đề về tính trung bình phi tuyến lμ một khó khăn lớn nhất trong việc tham số hoá nhiều quá trình tác động phi đoạn nhiệt trong khí quyển Điều đó có nghĩa lμ cần chạy mô hình hoμn lưu chung phức tạp thậm chí nếu chỉ quan tâm đến chỉ một trong hai hoμn lưu trung bình năm vμ theo vĩ hướng

Vòng hoàn lưu mùa hè

4.3 Mô hình hoμn lưu Hadley thực tế hơn

Có hai điều chưa tính đến trong các phần trước Thứ nhất lμ không tính đến ảnh

hưởng của lực ma sát đến phần trên của khí quyển Vì quy mô thời gian của mô hình

dự báo vòng hoμn lưu Hadley lμ quy mô thời gian bức xạ lớn, ngay cả sự tán xạ rất yếu

cũng có thể lμm dòng khí biến dạng Thứ hai lμ ảnh hưởng của ẩn nhiệt giải phóng do

ngưng kết hơi nước bị bỏ qua Thực tế, ẩn nhiệt chiếm ưu thế trong sự đốt nóng ở miền

nhiệt đới Vì vậy, không thể nói lμ việc sử dụng các mô hình nμy lμ không thực tế Mục

tiêu của các mô hình dựa trên cơ sở khoa học lμ tách biệt được những cơ chế quan

trọng khỏi cơ chế phụ Kết hợp toμn bộ lμ không thể được trong các mô hình nhưng

phải tính được hết các nhân tố Mô hình Held-Hou ưu việt vμ do không phải nó bỏ qua

các sự ảnh hưởng mμ vì ngay cả với giả thiết tối thiểu mô hình vẫn thể hiện được

nhiều cấu trúc quan sát được của vòng hoμn lưu kinh hướng vμ trường gió vĩ hướng

Tuy nhiên trong phần nμy, cần xem xét mức độ ảnh hưởng của các yếu tố biến đổi

phức tạp đó

Ta sẽ xem xét ảnh hưởng của lực ma sát sử dụng một phương án của mô hình

hoμn lưu toμn cầu đơn giản đã giới thiệu trong mục 2.4 Đây lμ trường hợp bất đối

xứng trong đó sự biến đổi vòng hoμn lưu theo hướng kinh tuyến được bỏ qua Dạng

phức tạp hơn của lực ma sát được sử dụng, phương trình động lượng có dạng

2 M

M

z

uKLNt

trong đó LM vμ NM lμ thμnh phần động lượng tuyến tính vμ phi tuyến K lμ một hằng

số của hệ số khuếch tán thẳng đứng Số hạng khuyếch tán vế phải của phương trình lμ

tham số thô của vận chuyển rối đối với mômen động hượng trong lớp biên hμnh tinh

Đôi khi được gọi lμ một hệ số nhớt rối Do ảnh hưởng của số hạng khuyếch tán lμ để

đưa ra lớp biên Ekman cổ điển vμo trong dòng khí, trong đó độ dầy của lớp biên được

tính bởi

2 / 1

f

K2

Cần nhớ độ dầy của lớp biên hμnh tinh ở vĩ độ trung bình dμy khoảng một km, nó kéo

theo giá trị hợp lý của K lμ 10-2

m2

/s Lớp biên Ekman gây ra một vòng hoμn lưu thứ hai, lμm tiêu tan xoáy trong chất khí phía trên lớp biên bởi sự kéo dãn hoặc co lại của

các ống xoáy Hình 4.8 minh hoạ điều đó

Quy mô thời gian đặc trưng cho sự dãn yếu nμy lμ

2 / 1 2 D

fK

H2

Hình 4.8 Sự tiêu tán của xoáy do ma sát của lớp biên Ekman

Khoảng vμi ngμy ở vĩ độ trung bình Theo xu thế đó, nếu quy mô thời gian của vòng hoμn lưu Hadley dμi hơn quy mô thời gian dãn yếu, độ đứt gió kinh hướng mạnh phát triển ở gần dòng xiết cận nhiệt trong mô hình Held-Hou sẽ được điều chỉnh bởi

sự có mặt của lớp biên vĩ độ trung bình

Hình 4.9 Vòng hoàn lưu Hadley và gió vĩ hướng nhận được từ mô hình hoàn lưu toàn cầu bất đối xứng

đơn giản (a) (b) là trường hợp với E đối xứng qua xích đạo; (c) và (d) là trường hợp E cực đại

nằm ở 10 o N

Hình 4.9 (tiếp) (c) (d) Hàm dòng khối lượng với khoảng giá trị giữa các đường là 5 x 109 kg s -1 Trong khi đối với gió vĩ hướng với khoảng giữa các đường đẳng tốc là 5m/s, khu vực tô rất đậm là nơi dòng

thăng có tốc độ vượt quá 20m/s

Kết quả của hai phép tích phân trong mô hình hoμn lưu toμn cầu đơn giản với số hạng ma sát nμy được minh hoạ trên Hình 4.10

Hình 4.10 Sơ đồ mô tả ITCZ và vòng hoàn lưu Hadley

giản nhất Một vòng hoμn lưu Hadley yếu mở rộng về phía cận nhiệt, cùng với dòng xiết cận nhiệt Tốc độ gió vĩ hướng nhỏ hơn nhiều so với kết quả dự báo bằng mô hình không ma sát vμ không có sự gián đoạn của gió liên quan với rìa của vòng hoμn lưu Hadley Hơn nữa, vòng hoμn lưu Hadley không có biên sắc nét về phía cực, mặc dù nó

đã trở nên rất yếu ở vĩ độ cao Quy mô của vòng hoμn lưu Hadley rất lớn so với quy mô

Gió tín phong Gió tín phong

ITCZ

Tầng đối l-u