准地转和地转是什么意思?

Question

我知道地转流是指由压力梯度和科里奥利力平衡的直气流。但准地转和地转具体是什么意思呢?

Answer 1

地转风只是非地转风的实际风的组成部分。换句话说，给定实际风($\mathbf v$)和地转风($\mathbf v_g$)，地转风($\mathbf v_a$)是它们之间的矢量差。地转风代表摩擦和其他影响。例如，这是地面风穿过等压线而不是跟随等压线的原因。

$$\mathbf v_a =\mathbf v - \mathbf v_g$$

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准地转方程是指一组修正后的方程，它做了大量的假设和近似，并由于缩放而忽略了一些项。方程只对远小于1 (Ro << 1)的罗斯比数有效

其中包括:

• 忽略$\mathbf v_a$的平流
• 用垂直速度忽略平流
• 忽略$\mathbf v_a$的时间趋势
• 忽略$\mathbf v_a$与$\mathbf v_g$的平流
• 将$f$替换为平面近似($f = f_0 + \beta y$)
• 忽略摩擦
• 水平恒静稳定性($\sigma$)

从无摩擦水平动量方程开始，你会得到一些“Q-G”方程:一个热力学能量方程，一个涡量方程和方程。Q-G方程:

$$\左(\ nabla^2_p + \dfrac{f^2_0}{\sigma}\dfrac{\partial^2}{\partial p^2} \右)\omega = -\ dfrac{f_0}{\sigma} \dfrac{\partial p} {\partial p}\左[-\ mathbf v_g \cdot \mathbf \nabla_p(\zeta_g + f) \右]+ \dfrac{R}{\sigma p}\左[-\nabla^2_p(- \mathbf v_g \cdot \mathbf \nabla_p T) \右]$$

地转风对地转绝对涡度平流中RHS垂直变化的第一项。正涡度平流随高度增加导致垂直向上运动。负涡度平流随高度增加导致垂直向下运动。RHS的第二项与地转风的温度平流有关。冷空气平流(CAA)与垂直向上运动有关。

这是方程的传统形式，其他形式的存在是为了帮助诊断具有特定变量的垂直运动(例如sutcliff - trenberth使用热风重新定义了方程，Hoskins等人(1978)根据$\vec Q$定义了方程，“Q向量”)。

目前的计算机对Q-G方程的NWP应用不多，但在手动地图分析中，它们可以很好地诊断垂直运动。

(将在这里添加QG chi方程)

进一步阅读:

• QG诊断方程的实时分析与预测
• QG方程(感谢@DrewP84)
• 简略的推导