El ciclo energético de Lorenz describe la generación, conversión y disipación de energía en la circulación atmosférica general . [1] Lleva el nombre del meteorólogo Edward N. Lorenz, quien trabajó en su formulación matemática en la década de 1950. [2]
Descripción
Introducción
Cualquier sistema de circulación atmosférica, ya sea un sistema meteorológico a pequeña escala o un sistema eólico zonal a gran escala , se mantiene mediante el suministro de energía cinética. El desarrollo de tal sistema requiere la transformación de alguna otra forma de energía en energía cinética, o la conversión de la energía cinética de otro sistema en la del sistema en desarrollo. [3] A escala global, la circulación atmosférica debe llevar energía hacia los polos, porque hay una ganancia neta de energía en los trópicos a través de la radiación solar entrante y una pérdida neta de energía en latitudes altas a través de la emisión térmica. En latitudes bajas, donde la célula de Hadley toma forma, el transporte de energía hacia los polos se realiza mediante la circulación meridional media. En las latitudes medias, por el contrario, la influencia de las características asimétricas longitudinalmente, denominadas remolinos, es dominante sobre el flujo medio. Para un examen más detenido, es útil dividir todos los parámetros (por ejemplo, P) en su media zonal (denotada por una línea superior, por ejemplo, P ) y sus desviaciones de la media zonal debido a la orografía , los contrastes tierra-mar , los sistemas meteorológicos y cualquier otras características de tipo remolino (indicadas por un primo, por ejemplo, P ').
Reservorios de energía
La energía potencial disponible es la cantidad de energía potencial en la atmósfera que se puede convertir en energía cinética . En una atmósfera estáticamente estable , la energía potencial disponible media zonal P se aproxima como:
dónde es la integral sobre toda la atmósfera de la Tierra, ρ 0 es la densidad media del aire , N es la frecuencia de flotabilidad , una medida de estabilidad estática, Φ es el geopotencial yz * denota una coordenada logarítmica de la presión .
La energía potencial disponible de Eddy P 'se aproxima como:
La energía cinética media zonal K se aproxima como:
donde u y v son los componentes zonal y meridional de la velocidad del aire.
La energía cinética de Foucault K 'se aproxima como:
Fuentes, sumideros y conversión de energía
La descripción del Ciclo Energético de Lorenz se completa con un formalismo matemático para la generación de energía potencial mediante calentamiento diabático, su conversión en energía cinética mediante el movimiento vertical del aire y la disipación de la energía cinética mediante fricción . Es posible una conversión de energía media zonal en energía de remolino y viceversa cuando los remolinos interactúan con el flujo medio y desplazan el aire caliente / frío. [1]
Referencias
- ↑ a b c Holton, James R. (2004). Introducción a la meteorología dinámica (PDF) (4ª ed.). Prensa académica de Elsevier. págs. 337–343. ISBN 978-0-12-354015-7. Consultado el 2 de marzo de 2018 .
- ^ Lorenz, Edward N. (mayo de 1955). "Energía Potencial Disponible y Mantenimiento de la Circulación General". Tellus . VII (2): 157-167. doi : 10.1111 / j.2153-3490.1955.tb01148.x .
- ^ Lorenz, Edward N. (mayo de 1960). "Predicción meteorológica numérica y energética" . Tellus . 12 (4): 364–373. doi : 10.3402 / tellusa.v12i4.9420 .