Walker oběh - Walker circulation

Schematický diagram kvazi-rovnováhy a La Niña fáze jižní oscilace. The Walker oběh je vidět na povrchu jako východně pasáty které pohybují vodou a vzduchem ohřátým sluncem směrem na západ. Západní strana rovníkového Pacifiku se vyznačuje teplým, mokrým nízkotlakým počasím, kdy se nashromážděná vlhkost ukládá ve formě tajfunů a bouřek. Oceán je v důsledku tohoto pohybu v západním Pacifiku asi o 60 cm výše. Voda a vzduch se vracejí na východ. Oba jsou nyní mnohem chladnější a vzduch je mnohem suchší. Epizoda El Niño je charakterizována rozpadem tohoto cyklu vody a vzduchu, což má za následek relativně teplou vodu a vlhký vzduch ve východním Pacifiku.

The Walker oběh, také známý jako Walker cela, je koncepční model proudění vzduchu v tropy ve spodní atmosféře (troposféra ). Podle tohoto modelu sledují balíky vzduchu uzavřenou cirkulaci v zonální a svislé směry. Tato cirkulace, která je zhruba v souladu s pozorováním, je způsobena rozdíly v distribuci tepla mezi oceánem a pevninou. Objevil jej Gilbert Walker. Kromě pohybů v zonálním a vertikálním směru má tropická atmosféra také značný pohyb v jižní směr jako součást například Hadleyův oběh.

Termín „Walkerův oběh“ vytvořil v roce 1969 norsko-americký meteorolog Jacob Bjerknes.[1]

Walkerova metodika

Gilbert Walker byl zavedeným aplikovaným matematikem na Univerzita v Cambridge když se v roce 1904 stal generálním ředitelem observatoří v Indii.[2] Zatímco tam studoval vlastnosti Indický oceán monzun, jehož selhání způsobily silné deště hladomor do země v roce 1899. Analyzoval obrovské množství údajů o počasí z Indie a zbytku světa, během příštích patnácti let vydal první popisy velké oscilace houpačky atmosférický tlak mezi indickým a Tichý oceán a jeho korelace s teplota a srážkové vzorce ve většině tropických oblastí Země, včetně Indie. Pracoval také s Indické meteorologické oddělení zejména při propojení monzunu s fenoménem jižní oscilace. Stal se společníkem Řád hvězdy Indie v roce 1911.[2]

Walker zjistil, že časová stupnice roku (používaná mnoha studujícími atmosféry) byla nevhodná, protože geoprostorové vztahy se mohly v závislosti na ročním období zcela lišit. Walker tedy rozdělil svou časovou analýzu na prosinec – únor, březen – květen, červen – srpen a září – listopad.

Walker poté vybral několik „center akce“, které zahrnovaly oblasti, jako je Indický poloostrov. Centra byla v srdcích regionů s permanentními nebo sezónními vysokými a nízkými tlaky. Přidal také body pro regiony, kde byly důležitou kontrolou srážky, vítr nebo teplota.

Zkoumal vztahy mezi letními a zimními hodnotami tlaku a srážek, nejprve se zaměřil na letní a zimní hodnoty a poté svou práci rozšířil na jaro a podzim.

Došel k závěru, že změny teploty jsou obecně řízeny změnami tlaku a srážek. Dříve se předpokládalo, že příčinou teplotních výkyvů mohou být sluneční skvrny, ale Walker argumentoval proti tomuto závěru tím, že ukazoval měsíční korelace slunečních skvrn s nekonzistentními teplotami, větry, oblačností a deštěm.

Walker si dal za cíl zveřejnit všechna svá korelační zjištění, a to jak vztahů, které byly shledány důležitými, tak vztahů, u nichž bylo shledáno nedůležité. Udělal to za účelem odradit vědce od zaměření na korelace, které neexistovaly.

Oceánské efekty

Průměrné rovníkové teploty v Pacifiku
Graf ukazující tropoklinický termoklin (hloubka vs. teplota). Všimněte si rychlé změny mezi 100 a 1000 metry. Po hloubce 1 500 metrů je teplota téměř konstantní.

Walkerovy cirkulace tropických povodí Indie, Pacifiku a Atlantiku mají za následek západní povrchové větry v severním létě v první pánvi a východní větry ve druhé a třetí pánvi. Výsledkem je, že teplotní struktura tří oceánů vykazuje dramatické asymetrie. Rovníkové Tichomoří a Atlantik mají chladné povrchové teploty v severním létě na východě, zatímco chladnější povrchové teploty převládají pouze v západním Indickém oceánu.[3] Tyto změny povrchové teploty odrážejí změny v hloubce termoklinů.[4]

Ke změnám v oběhu Walker v čase dochází ve spojení se změnami povrchové teploty. Některé z těchto změn jsou vynuceny externě, například sezónní posun Slunce na severní polokouli v létě. Další změny se zdají být výsledkem spojené zpětné vazby oceán-atmosféra, ve které například východní větry způsobují pokles teploty povrchu moře na východě, což zvyšuje kontrast zonálního tepla a tím zesiluje východní větry přes povodí. Tyto vylepšené velikonoce indukují více rovníkového upwellingu a zvyšují termoklin na východě, čímž zesilují počáteční ochlazení jižními. Tuto zpětnou vazbu oceán-atmosféra původně navrhl Bjerknes. Z oceánografického hlediska je rovníkový chladný jazyk způsoben východními větry. Pokud by bylo zemské klima kolem rovníku symetrické, mizel by příčně rovníkový vítr a studený jazyk by byl mnohem slabší a měl by velmi odlišnou zonální strukturu, než jakou dnes pozorujeme.[5]Walkerova buňka nepřímo souvisí s upwelling u pobřeží Peru a Ekvádor. To přináší živina -obohat studenou vodu na povrch, zvýšit zásoby ryb.[6]

El Niño

Hlavní článek: El Niño jižní oscilace

Walkerův oběh je způsoben síla gradientu tlaku který je výsledkem a vysokotlaký systém nad východním Tichým oceánem a nízkotlaký systém přes Indonésie. Walkerova cirkulace způsobuje nárůst studené hluboké mořské vody, a tím ochlazuje mořskou hladinu. El Niño vzniká, když se tato cirkulace sníží nebo zastaví, protože narušená nebo inhibovaná cirkulace způsobí, že se povrch oceánu zahřeje na nadprůměrné teploty. Výrazně zvýšený oběh Walker způsobí La Niña tím, že zesílí nárůst studené hluboké mořské vody; který ochlazuje mořskou hladinu na podprůměrné teploty.

Vědecká studie publikovaná v časopise v květnu 2006 Příroda naznačuje, že Walkerův oběh se od poloviny 19. století zpomaluje. Autoři to tvrdí globální oteplování je pravděpodobným příčinným faktorem oslabení větrného vzorce.[7] Studie z roku 2011 z The Twentieth Century Reanalysis Project však ukazuje, že kromě cyklů jižního kmitání El Niňo zůstala celková rychlost a směr Walkerova oběhu mezi lety 1871 a 2008 stabilní.[8]

Viz také

Reference

Řádkové citace

  1. ^ Bjerknes, J. (březen 1969) „Atmosférické telekonference z rovníkového Pacifiku,“ Měsíční přehled počasí, 97 (3): 163–172. Ze str. 167–168: „Zdá se být rozumné předpokládat, že je to gradient teploty moře podél rovníku, který je příčinou tepelné cirkulace zadané na obrázku 8. Dále bude v tomto článku tato cirkulace označována jako „Walkerův oběh“, protože lze prokázat, že je důležitou součástí mechanismu Walkerova „Jižního kmitání“. “Dostupné na: N.O.A.A.
  2. ^ A b Rao, C. Hayavando, ed. (1915). Indický životopisný slovník. Madras: Pillar & Co. str. 456. Citováno 20. března 2010.
  3. ^ Bureau of Meteorology. „The Walker Circulation“. Australské společenství. Citováno 1. července 2014.
  4. ^ Zelle, Hein, Gerrian Appledoorn, Gerritt Burgers a Gert Jan Van Oldenborgh (březen 2004). „Vztah mezi povrchovou teplotou moře a hloubkou termoklinů ve východním rovníkovém Pacifiku“. Journal of Physical Oceanography. 34 (3): 643. Bibcode:2004JPO .... 34..643Z. CiteSeerX  10.1.1.12.3536. doi:10.1175/2523.1.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  5. ^ Interakce oceán-atmosféra při tvorbě Walkerova oběhu a rovníkového chladného jazyka
  6. ^ Jennings, S., Kaiser, M. J., Reynolds, J. D. (2001) „Marine Fisheries Ecology“. Oxford: Blackwell Science Ltd. ISBN  0-632-05098-5
  7. ^ Zpomalení tropické atmosférické cirkulace
  8. ^ Projekt reanalýzy dvacátého století. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 137: 1–28. doi:10,1002 / qj.776, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/qj.776/abstract