大规模的预算
让我们首先推导表达式描述的大规模预算在不同的子系统气候系统。定义质量马的常压塔单元截面m4
其中pA是空气密度,ps表面大气压力,£底层表面的高度是海拔,g是重力和z是面向垂直坐标的向上。
让我们整合在整个连续性方程大气的厚度的条件,利用垂直质量流量趋于0在大气中一个足够大的高度,同时运动的条件:w =直流/ dt + (vV) C - P (P - E) / /李在底层表面(w和v是风速的垂直分量和水平向量,P是降水率,£蒸发率,v是一个球体的表面梯度算子与半径和t是时间)。
因此我们有
(Iffl
- ^ + V-mAvA = (P -£), (2.2.1)
ot vA是风速的垂直平均水平向量。
同样,水质量守恒方程的海洋,以及海冰和土地物质,
+ V■mQv0 = (P - E -£), (2.2.2)
(j
ot uTTl
_t + VmLvL = (P -£), (2.2.4)
ot左边第一个术语代表的变化率质量指单位面积;第二个术语代表的水平散度积分大规模运输;矢量量化、v和重要代表的水平向量当前的速度海洋和海冰漂移,河流和地下水运动;£的速度海冰的形成(或融化);符号表示质量平均;下标O,我和L指海洋,海冰和土地。
我们注意到整体的质量传输mLvL范围内的土地完全意识到河边和地面水域(河流和地下径流);其余部分的土地,根据条件六世= 0,不为mLvL作出贡献。
让我们结合方程(2.2.1)在整个地球的表面,方程(2.2.3)在海冰的表面,和方程(2.2.4)表面的土地。之后我们指定总(河+地下)径流进入海洋,有关单位表面积,{£R}。然后,考虑到积分的连续性质量输运的陆地边界,我们获得
我W / o ~ {P ~ E} f0 + {£,} / {£R} / l = 0,不
| K} / l - {P - E} fh + {£r} / l = 0, ot / G =平方/ s, /, = s / s, / l = sL / s是海洋面积的比率(sG),海冰面积(s)和土地面积(sL)地区年代地球表面的(或者,否则,海洋,海冰和土地分数)相关fQ +英尺+ fL = 1;括号表示区域平均在整个地球的区域。
添加这些表达式得到f - (M +{莫}fo + W /我+ K} / l) = o。(2.2.5)
方程(2.2.5)描述的显而易见的事实,时间尺度远小于大陆冰盖的生命周期等时间尺度(大陆冰盖可能被认为是陆地的一部分)的质量atmosphere-ocean-sea-ice-land系统保持不变。
让我们回到方程(2.2.1)和集成在经度。因此我们获得
(马英九)2 na因为< p - H - -MmTA = - 2 na cos < p ([p] -[£]) >(2.2.6款)
dt的d (p
o是大气中的子午质量输运,vA是风速的垂直平均经向分量,< X p是纬度,经度,方括号表示纬向平均。
让我们记住,大气质量是决定明确表面大气压的值,根据奥尔特(1983),年平均表面大气压力在北半球和南半球是983.6和988 hPa(或2.569 x 1018和2.581 x 1018公斤)。这表明,年平均质量运输从南部到北半球必须存在,这运输必须由水文周期在两个半球的不同强度(见方程(2.2.6款))。但存在的大气质量运输从南半球向北半球是以一个反向补偿的大规模运输其他子系统的气候系统。
图2.1季节性变化的区别实际(不是指海平面)表面大气压力和年度平均值,根据奥尔特(1983):(1)北半球;(2)南半球;(3)地球作为一个整体。
图2.1季节性变化的区别实际(不是指海平面)表面大气压力和年度平均值,根据奥尔特(1983):(1)北半球;(2)南半球;(3)地球作为一个整体。
我们推迟进一步讨论这个话题直到2.4节和直接我们注意到图2.1,显示变化的区别实际(不减少海平面)表面大气压力和年度平均值。可以看到,大气质量发生明显的季节性波动和这些振荡南北半球的阶段。这最后的事实通常是与大众运输从夏天到冬天半球(看到奥尔特,1983)。因此,隐式地预期质量的源和汇的右边方程(2.2.6款)平衡彼此分别在每个半球,或者因为他们太小可以忽略(排除在运动条件下垫面,见上图)。应用于年平均条件,这种假设相当于没有大众运输跨越赤道,平等的,因此,在两个半球表面大气压力。围绕这一点是显而易见的。
气候系统的主要能量来源是一个日晒由所谓的太阳常数(太阳辐射通量地球到太阳的平均距离;最可能的值的变化范围从1368到1377 W / m2),以及由地轴倾斜,由轨道偏心率和近地点的经度。最后三个天文参数变化的时间尺度数万年的顺序(见上图);这就是为什么他们没有真正影响气候系统变化的时间尺度上几十年我们感兴趣。
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