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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2319| Efectos de una frontera libre en inestabilidad baroclínica Free boundary efects on baroclinic instability | |
| Francisco Javier Alfredo Berón Vera Kuziora | |
| PEDRO MIGUEL RIPA ALSINA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Baroclinicidad,Ciencias del mar | |
| Se investigan los efectos de una frontera libre en la estabilidad de un flujo paralelo baroclínico, usando un modelo de gravedad reducida con una capa activa. El estado básico tiene estratificación vertical uniforme y una corriente paralela con corte vertical uniforme en balance de viento térmico con el gradiente horizontal de flotabilidad. Un valor finito de la velocidad en el fondo de la capa requiere que el mismo tenga una inclinación en dirección transversal a la del flujo. Se estudian perturbaciones infinitesimales con estructura vertical arbitraria y se obtiene una solución al orden más bajo en el número de Rossby. Esta solución no se encuentra restringida ni a una configuración en la que el fondo de la capa es horizontal ni a estratificaciones débiles en el estado básico. En el límite de estratificación muy débil existe una gran separación entre los dos primeros radios de deformación del sistema y, por lo tanto, perturbaciones cortas y largas pueden ser identificadas: (a) El límite de perturbaciones cortas corresponde al conocido problema de Eady, en cuyo caso el fondo de la capa es efectivamente rígido y la inclinación del fondo es inesencial. (b) En el límite de perturbaciones largas el fondo es libre a deformarse y las soluciones inestables son sensibles a su pendiente en el estado básico. Este nuevo tipo de inestabilidades aparece para todo valor del número de Richardson Ri. Para estratificaciones fuertes no existe distinción entre perturbaciones largas y cortas, y el fondo de la capa siempre actúa como una frontera libre. Se encuentra que el incremento de la estratificación contribuye a la estabilización del flujo básico. De hecho, cuando la estratificación alcanza su máximo valor (compatible con estabilidad estática), la perturbación tiene una tasa de crecimiento nula para todo número de onda. Las inestabilidades presentes en este límite sólo existen cuando Ri→∞, al igual que en el caso de perturbaciones cortas. Los resultados correspondientes al límite de perturbaciones largas corroboran los predichos por un modelo que sólo permite estructura vertical lineal para las perturbaciones. Los resultados correspondientes al límite de perturbaciones cortas no son tan bien representados por este modelo, debido a que la restricción a perfiles lineales en la vertical no permite una correcta representación del atrapamiento exponencial de las autosoluciones exactas. Solamente la tasa de crecimiento de perturbaciones suficientemente largas, superimpuestas sobre estados básicos con fondos suavemente inclinados, se comporta en forma similar a aquella del modelo exacto en estratificaciones fuertes. No obstante, se observa que el estado básico se estabiliza a medida que la estratificación crece. El éxito modesto del modelo aproximado en este caso también se atribuye a la limitada variedad de estructura vertical permitida. The effects of a free boundary on the stability of a baroclinic parallel flow are investigated using a one-layer reduced-gravity model. The basic state has uniform vertical stratification and a parallel flow with uniform vertical shear in thermal-wind balance with the horizontal buoyancy gradient. A finite value of the velocity at the free (lower) boundary requires the interface to have a uniform slope in the direction transversal to that of the flow. Normal mode perturbations with arbitrary vertical structure are studied and the lowest-order solution in the Rossby number is derived. This solution is restricted to neither a horizontal lower boundary nor a weak stratification in the basic state. (a) In the limit of a very weak stratification there is a large separation between the first two deformation radii and hence short of long perturbations may be identified: The short perturbations limit corresponds to the well-known Eady problem in which case the layer's bottom is effectively rigid and its slope in the basic state is inessential. (b) In the long perturbations limit the bottom is free to deform and the unstable wave solutions are sensible to its slope in the basic state. These new sort of instabilities appear for any size of the Richardson number Ri. At stronger stratifications there is no distinction between short and long perturbations, and the bottom always behaves as a free boundary. The increase in stratification is found to stabilize the basic flow. In fact, at the maximum stratification compatible with static stability, the perturbation has a vanishing growth rate at all wavenumbers. The instabilities in this case are found for Ri →∞, as it is the case of those in the short perturbations limit. Results in the long perturbations limit corroborate those predicted by an approximate layer model that restricts the perturbations to have a linear vertical structure. The approximate model is less succesful in the short perturbations limit since the constraint to linear profiles does not allow the correct representation of the exponential trapping of the exact eigensolutions. With strong stratification, only the growth rate a long enough perturbations superimposed on basic states with gently slopped lower boundaries behaves similarly to that of the exact model. However, the stabilizing the approximate model. Its reduced performance in this case is also attributed to the limited vertical structure allowed by the model. | |
| CICESE | |
| 1996 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Berón Vera Kuziora, F. J. A.1996.Efectos de una frontera libre en inestabilidad baroclínica.Tesis de Maestría en Ciencias.Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.36 pp. | |
| OCEANOGRAFÍA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Oceanografía Física |
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