通用环流模型中气候场的熵产生与粗粒化

我们通过粗粒化过程研究不同空间和时间尺度上过程所起的作用，扩展了对气候系统热力学的分析。气候场的粗粒化越粗糙，对物质熵产生的估计值就越低。换句话说，热力学场变率的所有空间和时间尺度都对物质熵产生有正贡献。在所有尺度上，温度场和由湍流通量收敛产生的加热场呈负相关，而温度场和辐射加热场之间则相反。此外，后者的相关性更强，这证实了辐射是气候过程的主要驱动力，而物质通量通过耗散过程抑制了由此产生的波动。使用特定的粗粒化程序，可以分离出动能耗散、垂直感热和潜热通量以及大尺度水平通量对物质熵产生的不同贡献。大部分熵产生与沿垂直方向发生的不可逆交换有关，忽略场的水平和时间变率对物质熵产生的估计影响很小。这里提出的方法对于测试气候模型、评估改变其参数化和分辨率的影响以及研究系外行星大气似乎很有前景。我们的发现值得在更一般的背景下探索，因为它们提供了一种理解连续系统中强迫波动与耗散过程之间关系的方法。