Frictional convergence, atmospheric convection, and causality

• Autores: D.J. Raymond, M.J. Herman
• Localización: Atmósfera, ISSN 0187-6236, ISSN-e 2395-8812, Vol. 25, Nº. 3 (JUL), 2012, págs. 253-267
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se considera la convergencia por fricción en una capa límite atmosférica acotada por una troposfera estable libre. De acuerdo con un extenso trabajo previo encontramos que la estabilidad atmosférica reduce la escala vertical de la circulación troposférica secundaria libre asociada con la convergencia por fricción. Relacionada con esta reducción en la escala vertical hay una reducción proporcional en la escala temporal debido a la fricción por el giro descendente de la circulación atmosférica. Esta reducción en la escala temporal modifica el balance entre términos del componente en la ecuación de momento a lo largo de las isobaras. En particular, para las escalas de perturbación menores a unos cuantos cientos de kilómetros en condiciones tropicales típicas, la tendencia del término de momento llega a un balance aproximado con el término de fricción, haciendo que el término de Coriolis sea menos importante. Esto reduce la magnitud del flujo isobárico cruzado y la fuerza ascendente en las regiones donde este flujo converge. Si algún otro mecanismo, tal como la convergencia húmeda, produce suficiente convergencia de capa límite para anular el giro descendente de la perturbación en cuestión, entonces la magnitud de la convergencia iguala a la predicha por la fórmula de la convergencia por fricción de estado estable. Sin embargo, en este caso la flecha de la causalidad es invertida en comparación con la que se asume en el tratamiento simple de la convergencia por fricción. La convergencia por fricción no "causa" la convección, realmente la convección causa la convergencia y el mecanismo que fuerza la convección debe buscarse en otro lado. Esta distinción es crucial para entender qué produce la convección profunda. El presente análisis es lineal y la perspectiva puede cambiar cuando los efectos no lineales son importantes. También está limitado a situaciones en las que los vientos de la capa limite son relativamente débiles. Por lo tanto, los ciclones tropicales con sus fuertes vientos y comportamiento no lineal merecen un análisis independiente.

  • English

    Frictional convergence in an atmospheric boundary layer topped by a stable free troposphere is considered. In agreement with extensive previous work, we find that atmospheric stability reduces the vertical scale of the free tropospheric secondary circulation associated with frictional convergence. Associated with this reduction in vertical scale is a proportional reduction in the time scale for the frictional spindown of an atmospheric circulation. This reduction in time scale alters the balance between terms in the component of the momentum equation along the isobars. In particular, for disturbance scales less than a few hundred kilometers in typical tropical conditions, the momentum tendency term comes into approximate balance with the friction term, with the Coriolis term becoming less important. This reduces the magnitude of the cross-isobaric flow and the strength of the ascent in regions where this flow converges. If some other mechanism such as moist convection produces enough boundary layer convergence to nullify the spindown of the disturbance in question, then the magnitude of the convergence equals that predicted by the steady-state frictional convergence formulation. However, in this case the arrow of causality is reversed from that assumed in a naive treatment of frictional convergence. Frictional convergence is not "causing" the convection; the convection is actually causing the convergence, and the mechanism forcing the convection must be sought elsewhere. This distinction is crucial in understanding what drives deep convection. The present analysis is linearized and the picture may change when nonlinear effects become important. It is also limited to situations in which the boundary layer winds are relatively weak.

    Tropical cyclones, with their strong winds and nonlinear behavior, thus deserve an independent analysis.