La Circulación Atmosférica

Question

¿Cuál es el más simple simulatable modelo dando a nuestra tierra en rotación, de 3 células de circulación (Hadley, Ferrel, Polar)? El modelo también debe mostrar 1 de la circulación de la celda si la rotación de la tierra se detuvo (o en un caso como el de Venus), y no hay circulación en todo caso de la radiación de alguna manera uniforme a/de la tierra (en lugar de la verdadera ecuador-calefacción debido el sol de la fuente de punto). Por cierto, sería bueno si el mismo modelo podría mostrar 8 células de circulación en un caso como el de Júpiter.

Espero que el de la tierra $23^{\circ}$ de inclinación puede ser ignorado. Los parámetros importantes parecen ser el planeta de la radio, la rotación del planeta velocidad, la masa del planeta, la atmósfera de la masa, la atmósfera de la densidad molar (tratar como un gas ideal con absorción de energía desde la superficie de la tierra, pero no directamente de los rayos del sol), y la atmósfera de la viscosidad. Espero que la superficie de la tierra podría simplemente ser modelada con una constante perfil de temperatura, aumentando desde el polo hasta el ecuador (o, me pregunto si térmica diaria ciclismo de este la temperatura de la superficie del perfil podría ser necesaria para generar múltiples células de circulación).

De todos modos, utilizando parámetros como estas, estoy esperando a ver justificable fórmula dando a 3 (yo todavía no pueden aceptar la cualitativa "Hadley de la célula entra el aire con la inercia y la fricción" explicaciones de la internet).

Answer 1

La explicación más simple y el análisis está aquí : http://home.uevora.pt/~ahr/D. pdf

Se basa en la ley constructal. Constructal ley promovida por Bejan&al, pertenece a la familia de principios variacionales, pero las ofertas de macroscópicos con la distribución de flujo. De acuerdo a Bejan, la ley constructal pertenece a las leyes de la naturaleza de cerca, pero diferente de la 2ª ley de la termodinámica.

La ley constructal dice que en cualquier sistema de flujo, el flujo se organizará de tal manera que el acceso de cada parte del sistema a la configuración de flujo será maximizada. Esto se ve de cerca a las ideas acerca de máxima/mínima producción de entropía, sino que es en realidad diferente.

Para ser completa, la existencia de una ley constructal como una ley de la naturaleza no es generalmente aceptado por la mecánica de fluidos especialistas. Personalmente me quedo agnóstico, de la ley del estado no está demostrado todavía los resultados obtenidos por la aplicación de este principio es la correcta, en la mayoría de los casos.

Para resumir este documento, el cual es bastante largo y se ocupa también con diurno de la transferencia de calor entre el caliente diaria a la mitad y el frío de la noche la mitad, destacan :

• el número de las células depende de la velocidad de rotación y en el ecuador-polo diferencia de temperatura. La lentitud de la rotación (> 144 h) de una sola célula se desarrolla. Para una rápida rotación (< 24 h) 3 se desarrollan las células. Para la velocidad de rotación fija el número de células es más modulada por la diferencia de temperatura. A las 24 horas y 20°C, sólo una célula está presente, por 60°C (Tierra) 3 células están presentes. Para 130°C el polo de la célula desaparece.

• Bejan considera una fuente de calor (franja ecuatorial) de la superficie AH y un disipador de calor polar (cap) de la superficie de AL con fracciones AH/A = x y AL/A = 1-x. La mayor parte del papel se utiliza a continuación para definir las características de la convección flujo 3D a partir de AH a la AL.

• Una vez que los flujos que se caracteriza, Bejan se aplica la ley constructal que dice que los flujos se configuran de tal manera que el transporte de calor Q (ecuador -> polo) está maximizada.
  e.g (dQ/dx)en constante TH = 0 y (dQ/dx) en constante TL = 0. Esto proporciona soluciones para los 2 x 2 por lo tanto particiones de la superficie. En 1 la fuente de la celda de Hadley y el lavamanos (Ferrel + Polo) de las células, mientras que en 2 de las fuentes (Hadley + Ferrel) de las células, mientras que el disipador es el Polo de la célula. Por lo tanto, el sistema maximiza la transferencia de calor con 3 celdas donde el medio juega un papel de intermediario del disipador y fuente a otra.

• Independientemente de si uno cree en la ley constructal como una ley natural o de una aproximación de la aún no comprobadas y/o desconocido de la ley, me parece que el papel interesante, coherente y los resultados son confirmados por la observación. Utilizando el modelo de Júpiter no iba a ser fácil, porque la mayor parte de la modelo se ocupa de las propiedades dinámicas de los fluidos (de corte, de turbulencia, etc) que no son conocidos por la atmósfera de Júpiter, cuyas profundidades son totalmente diferentes de la Tierra.