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Título: An experimental study on the forcing of large-scale heat sources and topography on baroclinic flow
An experimental study on the forcing of large-scale heat sources and topography on baroclinic flow
Autores: 
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Fecha de publicación: 4-Oct-2012
Editorial: Centro de Ciencias de la Atmósfera
Descripción: The present work consists of two parts. In the first, an experiment is described to study the topographic forcing on the baroclinic flow. By comparison of the experiments with and without topography, the role of topography in the formation of the flow regimes is discussed. The experiments show that the travelling waves strongly vacillate with time due to the topographic forcing. Otherwise in the experiments with the same imposed external conditions but with no topography, the baroclinic waves would travel regularly with almost no vacillation. It was found that a prominent feature in the flow with topographic forcing is large-scale wave vacillation with a period of 127 annulus rotations, which is equivalent to approximately 26 days in the Earth atmosphere. The experiments show that the role of topography is to modulate the unstable baroclinic waves both in space and time. In the second part of this paper, a series of comparative experiments is introduced to study the influences of heat sources and topography on the large-scale baroclinic background flows defined as the flow patterns determined by Ω the angular velocity of the annulus rotation and ΔT, the radial temperature difference between the inner and outer walls of the annulus. The flow patterns depend on the number and disposition of the disturbance sources. As the result of nonlinear forcing of imposed heat sources the initial-axisymmetric-annular flow turns into a 4 wave flow if the number of the disturbance sources is equal to or less than two no matter which kind of disturbances, the heat source or topography, is. This means that although the mechanisms of thermo-'convective forcing of the heat sources and solid-mechanical forcing of bottom topography are essentially different, both of them can change the vorticity distribution in the flow and form new flow patterns. When the initial flow is axisymmetric-wavy owing to the forcing of heat sources, the flow becomes unstable. Either the local waves deform or vacillation occurs.
EL PRESENTE TRABAJO CONSISTE EN DOS PARTES. EN LA PRIMERA SE DESCRIBE UN EXPERIMENTO PARA ESTUDIAR EL FORZAMIENTO TOPOGRAFICO EN FLUJO BAROCLINICO. COMPARANDO EXPERIMENTOS CON Y SIN TOPOGRAFIA SE DISCUTE EL PAPEL QUE JUEGA ESTA EN LA FORMACION DE LOS REGIMENES DE FLUJO, LOS EXPERIMENTOS MUESTRAN QUE LAS ONDAS QUE SE PROPAGAN VACILAN FUERTEMENTE CON EL TIEMPO DEBIDO AL FORZAMIENTO TOPOGRAFICO. POR OTRA PARTE EN LOS EXPERIMENTOS BAJO LAS MISMAS CONDICIONES EXTERNAS PERO SIN TOPOGRAFIA, LAS ONDAS BAROCLINICAS SE PROPAGAN REGULARMENTE Y CASI SIN VACILACIONES. SE ENCONTRO QUE UNA CARACTERISTICA PROMINENTE EN EL FLUJO CON FORZAMIENTO TOPOGRAFICO ES LA VACILACION DE GRAN ESCALA DE LA ONDA, CON UN PERIODO DE 127 ROTACIONES DEL ANILLO, QUE ES QUIVALENTE APROXIMADAMENTE A 26 DIAS EN LA ATMOSFERA TERRESTRE. LOS EXPERIMENTOS MUESTRAN QUE EL PAPEL QUE JUEGA LA TOPOGRAFIA ES EL DE MODULAR LAS ONDAS BAROCLINICAS INESTABLES, TANTO EN ESPACIO COMO EN TIEMPO. EN LA SEGUNDA PARTE DEL ARTÍCULO, SE INTRODUCE UNA SERIE DE EXPERIMENTOS COMPARATIVOS PARA ESTUDIAR LA INFLUENCIA DE FUENTES DE CALOR Y TOPOGRAFIA CON LOS FLUJOS BAROCLINICOS BASICOS DE GRAN ESCALA, DEFINIDOS COMO LOS PATRONES DE FLUJO DTERMINADOS POR, LA VALOCIDAD ANGUALR DE ROTACION DEL ANILLO Y T, LA DIFERENCIA RADIAL DE TEMPERATURAS ENTRE LAS PAREDES INTERNA Y EXTERNA DEL ANILLO. LOS PATRONES DE FLUJO DEPENDEN DEL NUMERO Y DISPOSICIONES DE LAS FUENTES DE PERTURBACION. COMO RESULATADO DEL FORZAMIENTO NO LINEAL IMPUESTO POR LAS FUENTES DE CALOR, EL FLUJO INICIAL AXISMETRICO ANULAR CAMBIA A UN FLUJO DE ONDA DE ORDEN 4, SI EL NUMERO DE FUENTES DE PERTURBACION ES MENOR O IGUAL QUE DOS NO IMPORTANDO EL TIPO DE PERTURBACION, YA SEA FUENTE DE CALOR O TOPOGRAFIA. ESTO SIGNIFICA QUE AUNQUE LOS MECANISMO DE FORZAMIENTO TERMO-CONVECTIVOS DE LA FUENTE DE CALOR Y EL FORZAMIENTO MECANICO DE LA TOPOGRAFIA DEL FONDO SON ESENCIALMENTE DIFERENTES, AMBOS PUEDEN CAMBIAR LA DISTRIBUCION DE VORTICIDAD EN EL FLUJO Y FORMAR NUEVOS PATRONES. CUANDO EL FLUJO INICIAL ES ONDULATORIO AXIALMENTE SIMETRICO, DEBIDO ALA FORZAMIENTO DE LAS FUENTES DE CALOR, EL FLUJO SE TORNA INESTABLE, O BIEN LAS ONDAS LOCALES SE DEFORMAN U OCURRE LA VACILACION.
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