In der flüssigen Dynamik ist der baroclinity (hat manchmal baroclinicity genannt), einer geschichteten Flüssigkeit ein Maß dessen, wie falsch ausgerichtet der Anstieg des Drucks vom Anstieg der Dichte in einer Flüssigkeit ist. In der Meteorologie ist eine baroclinic Atmosphäre ein, für den die Dichte sowohl von der Temperatur als auch vom Druck abhängt; stellen Sie dem mit der barotropic Atmosphäre gegenüber, für die die Dichte nur vom Druck abhängt. In atmosphärischen Begriffen werden die barotropic Zonen der Erde allgemein in den Hauptbreiten oder Wendekreisen gefunden, wohingegen die baroclinic Gebiete allgemein in den mid-latitude/polar Gebieten gefunden werden.

Baroclinity ist zu proportional

:

der zum Sinus des Winkels zwischen Oberflächen des unveränderlichen Drucks und Oberflächen der unveränderlichen Dichte proportional ist. So, in einer barotropic Flüssigkeit (der durch die Null baroclinity definiert wird), sind diese Oberflächen parallel.

Gebiete von hohem atmosphärischem baroclinity werden durch die häufige Bildung von Zyklonen charakterisiert.

Instabilität von Baroclinic

Instabilität von Baroclinic ist eine flüssige dynamische Instabilität der grundsätzlichen Wichtigkeit in der Atmosphäre und in den Ozeanen. In der Atmosphäre ist es der dominierende Mechanismus, der die Zyklone und Hochdruckgebiete gestaltet, die Wetter Mitte Breiten beherrschen. Im Ozean erzeugt es ein Feld von mesoscale (100 km oder kleiner) Wirbel, die verschiedene Rollen in der ozeanischen Dynamik und dem Transport von Leuchtspurgeschossen spielen. Instabilität von Baroclinic ist ein Konzept, das für das schnelle Drehen, stark geschichtete Flüssigkeiten wichtig ist.

Ob eine Flüssigkeit zählt, weil schnell das Drehen in diesem Zusammenhang durch die Zahl von Rossby bestimmt wird, die ein Maß dessen ist, wie nahe der Fluss zur festen Körperfolge ist. Genauer hat ein Fluss in der festen Körperfolge vorticity, der zu seiner winkeligen Geschwindigkeit proportional ist. Die Rossby Zahl ist ein Maß der Abfahrt des vorticity von dieser der festen Körperfolge. Die Rossby Zahl muss für das Konzept der baroclinic Instabilität klein sein, um wichtig zu sein. Wenn die Zahl von Rossby groß ist, werden andere Arten von Instabilitäten, die häufig auf als verwiesen sind, Trägheits-, mehr wichtig.

Das einfachste Beispiel eines stabil geschichteten Flusses ist ein Incompressible-Fluss mit der Dichte, die mit der Höhe abnimmt.

In einem komprimierbaren Benzin wie die Atmosphäre ist das relevante Maß der vertikale Anstieg des Wärmegewichtes, das mit der Höhe für den Fluss zunehmen muss, um stabil geschichtet zu sein.

Man misst die Kraft der Schichtung, indem man fragt, wie groß die vertikalen von den horizontalen Winden mähen, muss sein, um den Fluss zu destabilisieren und die Instabilität des Klassikers Kelvin-Helmholtz zu erzeugen. Dieses Maß ist die Zahl von Richardson. Wenn die Zahl von Richardson groß ist, ist die Schichtung stark genug, um zu verhindern, das schert Instabilität.

Vor der klassischen Arbeit von Jule Charney und Eric Eady auf der baroclinic Instabilität gegen Ende der 1940er Jahre

, die meisten Theorien, die versuchen, die Struktur der Mitte Breite-Wirbel zu erklären, haben als ihre Startpunkte die hohe Zahl von Rossby oder kleinen Zahl-Instabilitäten von Richardson genommen, die für Flüssigkeit dynamicists damals vertraut sind. Die wichtigste Eigenschaft der baroclinic Instabilität ist, dass sie sogar in der Situation der schnellen Folge (kleine Zahl von Rossby) und starke stabile Schichtung (die Zahl des großen Richardsons) normalerweise beobachtet in der Atmosphäre besteht.

Die Energiequelle für die baroclinic Instabilität ist die potenzielle Energie im Umweltfluss. Als die Instabilität wächst, wird das Zentrum der Masse der Flüssigkeit gesenkt.

In wachsenden Wellen in der Atmosphäre, kalte Luft, die sich abwärts und equatorwards bewegt, versetzt die wärmere Luft, die sich polewards und aufwärts bewegt.

Instabilität von Baroclinic kann im Laboratorium mit einem Drehen untersucht werden, Flüssigkeit hat Ringrohr gefüllt. Das Ringrohr wird an der Außenwand geheizt und an der inneren Wand abgekühlt, und die resultierenden Flüssigkeitsströmungen verursachen baroclinically nicht stabile Wellen.

Der Begriff "baroclinic" bezieht sich auf den Mechanismus, durch den vorticity erzeugt wird. Vorticity ist die Locke des Geschwindigkeitsfeldes. im Allgemeinen kann die Evolution von vorticity in Beiträge von der Advektion gebrochen werden (als sich Wirbelwind-Tuben mit dem Fluss bewegen), sich streckend und sich drehend (weil Wirbelwind-Tuben gezogen oder durch den Fluss gedreht werden), und baroclinic vorticity Generation, die vorkommt, wann auch immer es einen Dichte-Anstieg entlang Oberflächen des unveränderlichen Drucks gibt. Flüssen von Baroclinic kann mit Barotropic-Flüssen gegenübergestellt werden, in denen Dichte und Druck-Oberflächen zusammenfallen und es keine baroclinic Generation von vorticity gibt.

Die Studie der Evolution dieser baroclinic Instabilitäten, als sie wachsen und dann verfallen, ist ein entscheidender Teil von sich entwickelnden Theorien für die grundsätzlichen Eigenschaften des midlatitude Wetters.

Vektor von Baroclinic

Der Anfang mit der Gleichung der Bewegung für eine Flüssigkeit (sagen die Gleichungen von Euler oder, Navier-schürt Gleichungen), und Einnahme der Locke, man kommt in die Gleichung der Bewegung für die Locke der flüssigen Geschwindigkeit, das heißt, der vorticity an.

In einer Flüssigkeit, die nicht die ganze dieselbe Dichte ist, erscheint ein Quellbegriff in der vorticity Gleichung, wann auch immer Oberflächen der unveränderlichen Dichte (isopycnic Oberflächen) und erscheinen

des unveränderlichen Drucks (isobaric Oberflächen) werden nicht ausgerichtet. Die materielle Ableitung des lokalen vorticity wird durch gegeben

:

\frac {D\vec\omega} {Dt} \equiv \frac {\\teilweiser \vec \omega} {\\teilweise t\+ (\vec V \cdot \vec \nabla) \vec \omega = (\vec \omega \cdot \vec \nabla) \vec V - \vec \omega (\vec \nabla \cdot \vec V) + \underbrace {\\frac {1} {\\rho^2 }\\vec \nabla \rho \times \vec \nabla p\_ {\\mathrm {baroclinic \, Beitrag} }\

\end {richten} </Mathematik> {aus}

wo die Geschwindigkeit ist und der vorticity ist, Druck ist, und Dichte ist). Der baroclinic Beitrag ist der Vektor

\frac {1} {\\rho^2} \nabla \rho \times \nabla p

</Mathematik>

Dieser Vektor ist von Interesse sowohl in komprimierbaren Flüssigkeiten als auch in incompressible (aber inhomogenous) Flüssigkeiten. Innere Ernst-Wellen sowie nicht stabile Weisen von Rayleigh-Taylor können von der Perspektive des baroclinic Vektoren analysiert werden. Es ist auch in der Entwicklung von vorticity durch den Durchgang von Stößen durch inhomogenous Medien, solcher als in der Instabilität von Richtmeyer-Meshkov von Interesse.

Taucher können mit den sehr langsamen Wellen vertraut sein, die an einem thermocline oder einem halocline aufgeregt sein können; das sind innere Wellen. Ähnliche Wellen können zwischen einer Schicht von Wasser und einer Schicht von Öl erzeugt werden. Wenn die Schnittstelle zwischen diesen zwei Oberflächen nicht horizontal ist und das System hydrostatischem Gleichgewicht nah ist, ist der Anstieg des Drucks vertikal, aber der Anstieg der Dichte ist nicht. Deshalb ist der baroclinic Vektor Nichtnull, und der Sinn des baroclinic Vektoren ist, vorticity zu schaffen, um die Schnittstelle einebnen zu lassen. Dabei sind die Schnittstelle-Überschwingen und das Ergebnis eine Schwingung, die eine innere Ernst-Welle ist. Verschieden von Oberflächenernst-Wellen verlangen innere Ernst-Wellen keine scharfe Schnittstelle. Zum Beispiel, in Wassermassen, ist ein allmählicher Anstieg in der Temperatur oder dem Salzgehalt genügend, um innere durch den baroclinic Vektoren gesteuerte Ernst-Wellen zu unterstützen.

Referenzen