[논문 리뷰] Evidence against a general positive eddy feedback in atmospheric blocking

Lei Wang, Zhiming Kuang|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 01.

Fluid Dynamics and Turbulent Flows인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 에디 유압이 대기 블로킹을 항상 유지한다는 오랫동안 지속된 가설에 도전하며, 이중층 준지구학 모델을 사용하여 메커니즘 부정 실험을 수행한다. 일반적인 일시적 에디가 블로킹을 유지하는 데 유압 작용을 통해 기여하지 않는다는 것을 발견하여, 블로킹 유지에 일반적인 피드백이 아닌 특정 에디 구성이 필요하다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

The eddy straining mechanism of Shutts (1983; S83) has long been considered a main process for explaining the maintenance of atmospheric blocking. As hypothesized in S83, incoming synoptic eddies experience a meridional straining effect when approaching a split jetstream, and as a result, enhanced PV fluxes reinforce the block. A two-layer QG model is adopted here as a minimal model to conduct mechanism-denial experiments. While transient eddies' forcing is clearly critical to the formation and maintenance of a block, using a large ensemble, the authors demonstrate that the straining of generic eddies does not maintain blocks, thus challenge the idea of eddy straining serving as a positive feedback for the blocks. These results indicate that specific configurations of the eddy field are required for the maintenance stage. The authors also remark on the main supporting evidence in S83: the second-order induced flow is sensitive to the location of the wavemaker.

연구 동기 및 목표

• Sh트스(1983)가 제안한 에디 유압이 대기 블로킹 유지에 일반적인 피드백 메커니즘으로 작용하는지 테스트하기 위해.
• 일시적 에디의 강제 작용이 블로킹 형성과 지속성에 필수적인지, 유압 효과와는 별개로 검토하기 위해.
• 유압 메커니즘이 다양한 에디 구성 조건에서 일반적으로 작용하는지 아니면 특정 조건에서만 작용하는지 평가하기 위해.
• 통제된 모델 실험을 통해 유압 피드백의 경험적 기초를 재평가하기 위해.
• 특히 유도류의 감도가 진폭원 위치에 따라 어떻게 변하는지 고려하여, 에디 필드 구조가 블로킹 고기압 유지에 미치는 역할을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 에디 유압 메커니즘을 분리하기 위해 최소한의 동역학적 프레임워크로 이중층 준지구학(QG) 모델을 사용한다.
• 일시적 에디의 유압 효과를 억제하면서도 그들의 강제 작용은 유지하는 방식으로 메커니즘 부정 실험을 수행한다.
• 통계적 탄력성과 유압 없이도 블로킹이 지속되는 조건을 식별하기 위해 대규모 시뮬레이션 세트를 실행한다.
• 합성 에디를 생성하기 위해 진폭원을 포함한 모델로, 유도류 반응에 대한 감도 분석을 위해 위치에 대한 민감도 테스트를 수행한다.
• 에디 피드백과 블로킹 강화 정도를 정량화하기 위해 피타고라스 편미분(PV) 유량을 분석한다.
• 유압이 있는지 없는지에 따라 블로킹 지속성과 구조를 비교하여 그 역할을 고립한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반적인 일시적 에디의 유압 작용이 대기 블로킹을 유지하는 일반적인 피드백 메커니즘인가?
• RQ2 기타 에디 강제 작용이 존재하는 상황에서 에디 유압 메커니즘이 블로킹을 지속하는 데 충분한가?
• RQ3 유도류가 진폭원 위치에 얼마나 민감한가? 이는 S83의 核심 주장에 대한 시험이다.
• RQ4 어떤 특정 에디 필드 구성 조건에서 유압 작용이 블로킹 유지에 기여하는가?
• RQ5 에디 유압 없이도 블로킹을 유지할 수 있는가? 이는 대체 피드백 메커니즘이 존재하는지를 시사한다.

주요 결과

• 일반적인 일시적 에디의 유압 작용은 대기 블로킹을 유지하지 못하며, 일반적인 피드백 메커니즘이라는 가설과 정면으로 배치된다.
• 에디 유압 작용을 억제하더라도 지속적인 에디 강제 작용이 존재하더라도 블로킹 지속성이 유지되지 않아, 유압 작용이 일반적인 유지 메커니즘은 아님을 시사한다.
• 모델의 두 번째 순서 유도류는 진폭원 위치에 매우 민감하게 반응하여 S83의 주장은 지지되지만 그 일반화 가능성은 부족하다.
• 특정 에디 필드 구성 — 특히 에디의 공간적 구조와 단계 — 가 유지 단계에서 효과적인 피드백을 제공하는 데 필수적이다.
• 결과적으로, 블로킹에서의 에디 피드백은 조건부이며 구성에 따라 달라지며, 일반적인 과정은 아님을 시사한다.
• 이 연구는 유압 메커니즘이 특정 경우에서는 중요할 수 있으나, 대기 블로킹 유지에 일반적인 메커니즘으로 간주할 수 없다고 결론내린다.