Contribution
Persistent circulation states and low-frequency variability in a nonlinear baroclinie, low-order model
[Persistente Zirkulationszustände und niederfrequente Variabilität in einem nichtlinearen baroklinen Low-Order Modell]
Dethloff, K.; Schmitz, G.
Meteorologische Zeitschrift Vol. 1 No. 3 (1992), p. 141 - 154
26 références bibliographiques
publié: Jun 15, 1992
publication en ligne: Aug 2, 2018
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Abstract
The nonlinear interaction between a long orographically excited wave and a baroclinic wave has been investigated with a spectral low-order model in spherical geometry taking into account latitude and longitude dependent heat and vorticity sources and dissipation. Due to excitation with a zonally symmetric heat source of special meridional form, periodic solution behaviour appears and in dependence on the nonlinearities of the model quasi-stationary circulation states develop. The transitions between these states occur chaotically. The quasi-stationary large-scale circulation patterns are of high-index and low-index types and develop for a zonally symmetric thermal forcing with a meridional temperature gradient greater than 35 K. The frequency variability of the large-scale circulation patterns is determined by two different time scales, one short-scale between 2 and 5 days and a longer one between 20 and 30 days. The model describes realistic transitions between periodic and chaotic solutions, which are connected with topographic, barotropic and baroclinic instabilities and nonlinear wave interactions. The parametrization of the influence of the baroclinic waves is a difficult task, since the nonlinear interaction with the long waves for the development of quasi-stationary wave patterns has to be described in detail.
Kurzfassung
In einem spektralen Low-Order Modell in sphärischer Geometrie mit breiten- und längenabhängigen Wärme- und Vorticityquellen und Dissipation wird die nichtlineare Wechselwirkung einer langen, orographisch angeregten Welle mit einer baroklinen Welle beschrieben. Durch Anregung mit einer zonalsymmetrischen Wärmequelle spezieller meridionaler Struktur tritt im Modell in Abhängigkeit von der Nichtlinearität periodisches Lösungsverhalten auf und quasi-stationäre Zirkulationszustände entwickeln sich, zwischen denen chaotische Übergänge stattfinden. Diese quasi-stationären großskaligen Strömungspattern sind vom High-Index und Low-Index-Typ und treten auf, wenn für den zonalsymmetrischen thermischen Antrieb ein Temperaturgradient größer als 35 K gewählt wird. Die Variabilität der großskaligen Strömungspattern wird durch zwei unterschiedliche Zeitskalen bestimmt, eine kürzere von 2 bis 5 Tagen und eine längere von 20 bis 30 Tagen. Das Modell beschreibt Übergänge zwischen periodischem und chaotischem Lösungsverhalten, das durch topographische, barotrope und barokline Instabilität sowie nichtlineare Wellenwechselwirkungen bestimmt wird. Eine Parametrisierung der Wirkung der baroklinen Wellen scheint nur schwer möglich, da die nichtlineare Wechselwirkung mit den langen Wellen für die Ausbildung quasi-stationärer Wellenstrukturen im Detail zu beschreiben ist.
Mots-clefs
vorticity sources • baroclinic • orographically • zonally symmetric heat source • barotropic • Vorticityquellen • baroklin • orographisch • zonalsymmetrische Wärmequelle • barotrop