The linear steady response of a stratified baroclinic atmosphere to elevated diabatic forcing

Abstract

A parameter study is presented of the linear steady response to an elevated diabatic forcing in a Boussinesq baroclinic atmosphere. The model is two‐dimensional on the vertical plane; the basic wind is perpendicular to this plane with horizontal and vertical shear. The intensity of the circulation is sensitive to the strength of the baroclinic zone only for weak static stability. A scale analysis supports this conclusion: the importance of baroclinic effects depends on the ratio of the aspect ratio of the circulation to the aspect ratio of the baroclinic basic state. Baroclinicity also leads to a tilt of the circulation due to enhanced horizontal temperature advection, and the corresponding vertical flux of horizontal momentum. The magnitude of the latter can be large when the Richardson number approaches its critical value from above, i.e. for slightly symmetrically stable basic flows; this is true even with viscosity. The resonant limit where the Richardson number approaches the critical value for symmetric instability is also examined. For non‐zero dissipation, the critical value is smaller than that of the inviscid limit.

Résumé

Cette étude présente l'effet du changement de certains paramètres météorologiques sur la réponse linéaire de l'état stationnaire. Le mécanisme de forçage est une source élevée de chaleur diabatique dans un fluide barocline soumis à l'approximation de Boussinesq. Le modèle est bi‐dimensionnel dans le plan vertical; l'écoulement de l'état de base est perpendiculaire à ce plan avec un cisaillement horizontal et vertical. L'intensité de la circulation est sensible au gradient horizontal de température seulement pour des valeurs faibles de stabilité statique. Un analyse d'échelle appuie cette conclusion: l'importance des effets barocliniques dépend du rapport d'aspect de la circulation dans le plan vertical sur le rapport d'aspect de la zone barocline de l'état de base. La baroclinicité produit également un angle avec la verticale du patron de circulation causé par le renforcement de l'advection horizontale de température. Ceci peut également affecter le flux vertical du momentum horizontal. La valeur de ce dernier peut être élevée lorsque le nombre de Richardson diminue et approche sa valeur critique, c'est à dire, pour les états de base qui sont légèrement symétriquement stable. Ceci demeure vrai même en présence de viscosité. La limite de résonance où le nombre de Richardson approche la valeur critique pour l'instabilité symmétrique est aussi examinée. Pour une valeur non‐nulle du paramètre de dissipation, cette valeur est inférieure à celle du cas non‐visqueux.