Проведенное рассмотрение свидетельствует о различной природе переноса и перемешивания в различных частях атмосферы, что следует из рассмотрения устойчивости атмосферы. Такая гетерогенность иллюстрируется рис. …, который демонстрирует широтно-высотную структуры атмосферы в терминах потенциальной температуры. Напомним, что адиабатическое движение возможно только вдоль изэнтропических поверхностей.
Самые короткие времена переноса обнаруживаются в планетарном пограничном слое, толщиной около километра, где время перемешивания воздуха составляет несколько часов. Следующий по величине масштаб времени перемешивания характерен для областей конвекции, где взаимодействие с поверхностью нагревает и насыщает влагой воздушные частицы до такого состояния, что они приобретают положительную плавучесть и поднимаются из пограничного слоя в свободную атмосферу. Конвективный перенос является чрезвычайно сложным процессом, включающим подъем, обмен с окружающим воздухом, освобождение от влаги посредством осадков, изолированные нисходящие течения и перемешивание. В тропиках конвекция обычно достигает высоты 11-12 км, и до такого уровня геометрический градиент температуры следует влажной адиабате. До этих высот тропическая атмосфера может рассматриваться как хорошо перемешанная среда (в вертикальном направлении) с характерным временем перемешивания порядка одного-двух дней. Межконтинентальный перенос по долготе осуществляется зональными ветрами и занимает около недели. Для получения веществ, хорошо перемешанных по долготе, их время жизни должно превышать несколько недель. Масштаб времени для меридионального переноса из тропиков также составляет несколько недель, в то время как обмен между полушариями является значительно более медленным процессом. В экстратропиках временной масштаб перемешивания также составляет недели, причем перемешивание осуществляется в основном квазигоризонтально на наклонных изэнтропических поверхностях, хотя отличный от нуля вклад в перемешивание дают также и неадиабатические процессы.
В стратосфере временные шкалы перемешивания значительно больше. Временная шкала обращения в рамках циркуляции Брюэра-Добсона составляет около 5 лет. Волны Россби планетарного масштаба диссипируют в зимней стратосфере в ходе так называемого процесса опрокидывания волны, аналогичного опрокидыванию морских волн у берега с той разницей, что, поскольку волновые движения в стратосфере квазигоризонтальны, волны опрокидываются в стороны. Водяная волна растет по амплитуде по мере приближения к берегу, когда глубина уменьшается; атмосферные волны увеличивают амплитуду по мере продвижения вверх, когда плотность воздуха падает. Это приводит к интенсивному квазигоризонтальному перемешиванию на изэнтропических поверхностях, как показано на рис. …, где изображен результат расчета адвекции частиц воздуха на изэнтропической поверхности 1000 К (приблизительно 35 км высоты) зимой Южного полушария с использованием полей ветра, полученных из модели климата. Обращает на себя внимание крупномасштабное волнение (перемешивание) посредством планетарной волны с зональным волновым числом 2. Это перемешивание захватывает область шириной в несколько десятков градусов широты, образуя хорошо перемешанную «зону прибоя». Процесс подобен перемешиванию потенциального вихря, обусловленному бароклинной неустойчивостью, обсуждавшейся ранее. Время перемешивания в рамках такого крупно масштабного процесса составляет несколько недель.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.