论大气可用势能的局地视角

由局地原理构造 Lorenz 的可用势能（APE）概念的可能性早已为人所知，但迄今极少受到关注。然而，局地 APE 框架的优势在于提供正定的局地形式势能，其如同动能一样可在局地被输送、转换和产生/耗散。与依赖于势能精确形式的 Lorenz 定义不同，局地 APE 理论使用适于所考虑近似的势能特定形式。本文针对干静力原始方程阐明这一思想，其相关势能形式为比焓。局地 APE 密度一般为非二次型，但无论使用何种 Reynolds 平均算子，都可精确划分为平均与涡动分量。本文引入一种可由大气数据集轻松计算的局地 APE 新形式。突出了使用局地 APE 相对于经典 Lorenz APE 的优势。本文还首次基于观测大气数据给出了三维局地 APE 的计算。最后，阐明了如何利用局地 APE 的平均与涡动分量研究大尺度环流的区域与时变特征。揭示出来自高纬度的平流是为风暴轴区域供给 APE 所必需的，且近数十年遭受陆地冰与海冰快速损失的格陵兰与罗斯海尤其易受 APE 变率影响。