Leon Vu: Thermischer Wind

Jet-Streams (pink dargestellt) sind bekannte Beispiele für thermischen Wind. Sie ergeben sich aus den horizontalen Temperaturgradienten zwischen den warmen Tropen und den kälteren Polarregionen.

Der thermische Wind ist die Variation der Stärke des Windes mit der Höhe, die einerseits auf einem Gleichgewicht zwischen den Coriolis beruht und Druckgradientenkräfte in der Atmosphäre und andererseits horizontale Temperaturgradienten. Es ist der primäre physikalische Mechanismus für den Düsenstrom und spielt eine wichtige Rolle bei anderen großflächigen atmosphärischen Phänomenen. Der thermische Wind sorgt dafür, dass der Jetstream in der oberen Hälfte der Troposphäre am stärksten ist. Dies ist die atmosphärische Schicht, die sich von der Oberfläche des Planeten bis zu einer Höhe von 12 km bis 15 km erstreckt.

Mathematisch definiert die thermische Windrelation eine vertikale Windscherung - eine Variation der Windgeschwindigkeit oder -richtung mit der Höhe. Die Windscherung ist in diesem Fall eine Funktion eines horizontalen Temperaturgradienten, der eine Temperaturänderung über eine gewisse horizontale Entfernung ist. Auch als barokliner Fluss bezeichnet, variiert der thermische Wind mit der Höhe im Verhältnis zum horizontalen Temperaturgradienten. Die thermische Windbeziehung ergibt sich aus dem hydrostatischen Gleichgewicht und dem geostrophischen Gleichgewicht bei Vorhandensein eines Temperaturgradienten entlang konstanter Druckflächen oder Isobaren.

Der Begriff thermischer Wind wird häufig als Fehlbezeichnung angesehen, da er tatsächlich die Änderung des Windes mit der Höhe beschreibt und nicht den Wind selbst. Man kann den thermischen Wind jedoch als einen geostrophischen Wind betrachten, der mit der Höhe variiert, so dass der Begriff Wind angemessen erscheint. In den frühen Jahren der Meteorologie, als die Daten knapp waren, konnte das Windfeld unter Verwendung der thermischen Windrelation und der Kenntnis der Oberflächenwindgeschwindigkeit und -richtung sowie der thermodynamischen Erkundungen in der Höhe geschätzt werden. ^[1] Auf diese Weise die thermische Windrelation dient dazu, den Wind selbst zu definieren und nicht nur die Schere. Viele Autoren behalten den thermischen Wind bei, obwohl er einen Windgradienten beschreibt, der manchmal eine Klarstellung bietet.

Beschreibung [ edit ]

Physikalische Erklärung [ edit ]

Der thermische Wind ist die Änderung der Amplitude oder des Vorzeichens der Geostrophie Wind aufgrund eines horizontalen Temperaturgradienten. Der geostrophische Wind ist ein idealisierter Wind, der sich aus einem Kräftegleichgewicht in horizontaler Richtung ergibt. Wann immer die Erdrotation in der Strömungsdynamik wie in den mittleren Breiten eine dominierende Rolle spielt, entsteht ein Gleichgewicht zwischen der Corioliskraft und der Druckgradientenkraft. Intuitiv drückt ein horizontaler Druckunterschied Luft in ähnlicher Weise über diesen Unterschied, dass der horizontale Höhenunterschied eines Hügels dazu führt, dass Objekte bergab rollen. Die Coriolis-Kraft greift jedoch ein und drückt die Luft nach rechts (in der nördlichen Hemisphäre). Dies ist in Feld (a) der folgenden Abbildung dargestellt. Das Gleichgewicht, das sich zwischen diesen beiden Kräften entwickelt, führt zu einer Strömung, die der horizontalen Druckdifferenz oder dem Druckgradienten entspricht. ^[1] Außerdem werden Kräfte, die in der vertikalen Dimension wirken, durch die vertikale Druckgradientenkraft und die Gravitationskraft dominiert. hydrostatisches Gleichgewicht tritt auf.

Der geostrophische Wind auf verschiedenen isobaren Ebenen in einer barotropen Atmosphäre (a) und in einer baroklinen Atmosphäre (b). Der blaue Teil der Oberfläche bezeichnet einen kalten Bereich, während der orangefarbene Teil einen warmen Bereich bezeichnet. Diese Temperaturstruktur ist auf die Oberfläche in (a) beschränkt, erstreckt sich jedoch durch die Tiefe des Fluids in (b). Die gepunkteten Linien umschließen isobare Flächen, die mit zunehmender Höhe in (a) konstant bleiben und in (b) an Höhe zunehmen. Rosa Pfeile veranschaulichen die Richtung und die Amplitude des horizontalen Windes. Nur in der baroklinen Atmosphäre (b) variieren diese mit der Höhe. Diese Variation stellt den thermischen Wind dar.

In einer barotropen Atmosphäre, in der die Dichte nur vom Druck abhängig ist, wird ein horizontaler Druckgradient einen geostrophischen Wind mit konstanter Höhe antreiben. Wenn jedoch ein horizontaler Temperaturgradient entlang der Isobaren vorhanden ist, variieren die Isobaren ebenfalls mit der Temperatur. In den mittleren Breiten gibt es oft eine positive Kopplung zwischen Druck und Temperatur. Eine solche Kopplung bewirkt, dass die Neigung der Isobaren mit der Höhe zunimmt, wie in Abbildung (b) der Abbildung links dargestellt. Da die Isobaren in höheren Lagen steiler sind, ist die zugehörige Druckgradientenkraft dort stärker. Die Coriolis-Kraft ist jedoch die gleiche, so dass der geostrophische Wind in höheren Lagen in Richtung der Druckkraft größer sein muss. [19459028[2]

In einer baroklinen Atmosphäre, in der die Dichte eine Funktion ist Sowohl für Druck als auch für Temperatur können solche horizontalen Temperaturgradienten existieren. Der Unterschied zwischen der horizontalen Windgeschwindigkeit und der Höhe ist eine vertikale Windscherung, die traditionell als thermischer Wind bezeichnet wird. ^[2]