气候系统的定义
的气候系统(%)的整体氛围,{si \水圈(摩根富林明),冰冻圈(#)、岩石圈{<£),与生物圈(j - 1)互动和相互交换能量和物质,也就是说,在通过大气层是地球的气体外壳;通过的水圈——世界海洋边缘和内部;冰冻圈——大陆冰盖,海冰,积雪和土地;通过岩石圈——活跃土地层和所有,包括湖泊、河流和地下水域;最后,生物圈是土地和海洋植物和生物,包括人类。
每个子系统的状态描述气候系统的有限数量的确定参数徐x2,…x„。所有其他变量描述一个或另一个子系统的状态是这些参数的函数。就像在热力学,确定参数可以分成大量的参数与相关子系统的大小和质量成正比,和密集的参数不依赖于规模和质量。前者涉及到体积,热力学能、焓和熵;后者与温度、压力和浓度。内部和外部确定参数区分如下:内部参数确定系统状态、外部确定的环境状态。这种分离的参数到内部和外部的非常有条件的,它取决于被调查的过程的时间尺度。因此,对于103年的时间尺度,大陆冰盖的面积和体积可以被外部参数;长时间尺度可以识别这些气候系统的内部参数。分别在第一种情况下大陆冰盖是环境的一部分,在第二种情况下他们所代表的选民的气候系统。
一般来说,是否一个或另一个子系统属于环境或气候系统是由过程的时间尺度之间的比例被调查(子系统状态的变化,因为变化的参数)和子系统的弛豫时间。如果这一比率很小,那么子系统的定义是属于环境;否则它被定义为属于气候系统。
作为说明上述我们考虑最简单的制定问题的海洋大气系统响应常数外部强迫。根据迪金森(1981),大气中温度扰动(ST.d)上混合层(STm)和深层(STd)的海洋,由热涌入(5 q)的干扰,可以通过下面的方程来描述:
在方程(1.1.1)——(1.1.3)描述的变化热预算在大气中,在上混合层(UML)和深层(DL)的海洋,和他们单独的组件:意思是干扰的热含量在不同的子系统(第一届(1.1.1)——(1.1.3),扰动产生的热通量的海气界面(第二条款(1.1.1)和(1.1.2)),在热辐射干扰大气中的热量源与汇(第三项(1.1.1))和干扰之间的热交换UML和DL(第三项(1.1.2)和第二项(1.1.3))。ca,厘米和cd的比热容是大气、UML和DL;麦和xm atmosphere-UML和UML-DL界面换热系数;t是时间。
分别让ca,厘米和cd,等于0.45,10和100 W / m2 K /年,也就是说,相当于选择以下值指的是单位面积上的质量表面:14 x 103 kg / m2的氛围,81 x 103 kg / m2的UML和DL 807 x 103 kg / m2。后者限制相对较小的分析(几十年)时间尺度,不是整个海洋,而是恰恰相反,上500 - 1000层参与换热的氛围。我们将分配参数Aa,麦和lmi等于2.4,45岁和2 W / m2 K和假设温度干扰也没有在最初的时刻,也就是说,和热扰动改变涌入跳跃从0平方在t = 0时,进一步(t > 0),到处都是恒定的。方程(1.1.1)——(1.1.3),形成一个线性常微分方程组,允许一个确切的解决方案。但它的功能可以被理解只要利用渐近展开的过程。记住这一点,我们首先找到方程的稳态解(1.1.1)——(1.1.3),代表平衡反应海洋大气系统外部强迫。
ca doTJdt + KJSf - OTJ + Aa < 5 ra = OQ, cm doTJdt +麦(移动- OTJ + Xmd(移动-定单计划)= 0,ed doTJdt + A。医学博士(定单计划- OTJ = 0,
他们的ra =移动=定单计划在t = 0 = 0
在t = > oo这些方程形式
X.m (ST.-STm) + X.ST。=平方公里(STm -圣)+ Xmi (STm - OT6) = 0, (1.1.4)
Xmd (STd - OTJ = 0,这结果
圣道明= = STm = O平方/ Xd。(1.1.5)
让我们假设大气的比热容比这少得多的UML,和UML的比热容将远低于DL,也就是说,ca / cm和cm / cd是小参数,这意味着适应外部的大气强迫发生的速度比UML和更快的比DL,因此,在确定圣从STm(1.1.1)值可以认为是固定的第一近似值。使用这一事实我们修正(1.1.1)和重写的STm系统的第一个方程(1.1.1)——(1.1.3)以下形式:
dSTJdt + (x + X.Jc,“圣。=(平方+ X.mSTm) / c . .(1.1.6)
集成,零用钱为圣的初始条件(1.1.4),收益率
不。=质量+ X * mOTm (1 - e - H (1.1.7)
^ +公里fa = c。/ (K +公里)«4天。当t = 0 (fa)方程(1.1.7)的形式
OTa =质量+ KmOTm ^(与)
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