The effects of latitudinal asymmetries on baroclinic instability

Abstract

Baroclinic instability of zonal flows with different latitudinal structures is examined, using a linear, quasi‐geostrophic two‐level ß‐plane model. The flows have different amounts of skew, with respect to the channel centre, at different vertical levels. The results are interpreted in terms of the instability of the baroclinic components of the zonal flows. Because of the presence of latitudinal asymmetries, a spectrum of meridional modes is generated in the perturbation. In general, the meridional spectrum has two peaks: a primary peak at the planetary basic flow scale, and a secondary peak near the radius of deformation. As neutral stability is approached, the latter scale becomes more important, i.e. there is a tendency for more small‐scale structure near neutral stability. The perturbation zonal scale is close to the radius of deformation. The eddy amplitudes and momentum fluxes are also examined. The case that best applies to the atmosphere is also discussed.

Résumé

L'instabilité barocline des écoulements de type zonal avec différentes structures latitudinales est examinée à l'aide d'un modèle linéaire, quasi‐géostrophique à deux niveaux et approximé au plan ß. Les écoulements ont différents degrés d'asymétrie par rapport au centre du canal en fonction de la verticale. Les résultats sont interprétés en termes du degré d'instabilité de la composante barocline des écoulements de type zonal. Due à la présence d'asymétrie selon la latitude, un spectre de modes méridionaux est généré dans la perturbation. En général, ce spectre méridional a deux maximums: un maximum primaire à l'échelle de la circulation planétaire, et un maximum secondaire près du rayon de déformation. En approchant la stabilité neutre, cette dernière échelle prend de l'importance; il y a une tendence préférencielle pour les éléments de petite échelle près de la région de stabilité neutre. L'échelle de grandeur de la perturbation zonale est approximativement celle du rayon de déformation. L'amplitude des tourbillons ainsi que les flux de quantité de mouvement sont également examinés. Le cas s'appliquant le mieux à l'atmosphère est discuté.