层结流体中带有耗散和地形强迫的非线性Boussinesq方程及其解

本文研究在层结流体中非线性Rossby波的动力学模型.利用GardnerMorikawa变换和摄动展开法,从包含耗散、地形和外热源的准地转斜压位涡方程出发,推导了强迫非线性Boussinesq方程去描述非线性Rossby波振幅的演变和发展.利用修正的Jacobi椭圆函数展开法和同伦摄动法,得到强迫非线性Boussinesq方程的解析解和近似解.解的结果表明推广的β效应、基本流剪切效应和层结效应是产生非线性Rossby孤立波的重要因素,耗散和地形是影响非线性Rossby孤立波演变的外强迫因素.     

地形对长波和超长波不稳定发展的影响

本文首先讨论了地形对长波和超长波移动和发展影响的一般规律,这些规律和事实是一致的.接着讨论了一个锢囚气旋在向风坡填塞,在背风坡又重新产生的物理过程.根据理论推知,超长波斜压不稳定不能发展,是由于温度场东进和流场西退造成的。并根据地形对超长波移动的影响,推知在两个地形脊之间的地区,能阻滞温度脊的东进和流场脊的西退,因而最有利于超长波脊的不稳定发展.实际观测阻塞脊出现频数的地理分布,和理论推测有很好的一致性.     

青藏高原东南部低涡的初步模拟实验

青藏高原东南部低涡,是中国西南地区的低压天气系统,它的发展和移动常引起下游地区的大暴雨,对中国东部地区影响较大。本文试用流体转盘模拟实验方法研究了青藏高原东南部的低涡,实验表明,青藏高原地形对西风流场有巨大的阻挡与扰动作用,造成高原附近具有显著特征的槽脊系统,在高原西部上空产生反气旋性流场,在高原的东南部尾流中产生气旋性流场。同时,整个高原作为热源,特别是高原东南部对大气的热力作用,和横断山脉的动力摩擦作用,使得高原东南部最容易产生低压涡旋。而高空急流的位置对低涡的移动和发展关系也很密切,涡旋沿急流方向移动,并从急流基本流场中取得能量,使涡旋维持和发展,此外,对从高原西部向东移的涡旋也进行了模拟试验。     

旋转大气中运动的非线性相互作用和旋转适应过程

本文研究了在引力场和旋转力场中流体运动的基本规律性,提出“旋转适应”概念,证明在一定条件下有“旋转适应过程”,即运动最终趋向于轴对称带状环流状态,但在另一些条件下,则不可能有完全的适应,例如存在多个涡旋中心则永远不可能演变成轴对称环流,旋转适应过程可以解释大气运动中有“负粘性”、能量集中过程以及由低指数环流向高指数环流转换的过程。其次,文中指出高空强涡旋中心和地面上平流区的配置是决定中长期天气演变过程的主要因子,文中还讨论了能量沿不同尺度运动的转移过程,指出Fjφrtoft的结果不能直接应用,旋转大气运动不具有各向同性。     

旋转层结流体中垂直切变基本流、$\beta$效应、地形效应和强迫耗散共同作用下的Rossby波

本文运用摄动法和WKB方法（多尺度方法）, 从位涡守恒方程出发, 分析旋转层结大气中基本流有垂直切变以及层结效应对$\beta$效应、地形效应和强迫耗散共同作用下的Rossby波的影响, 得到一个非标准形式的非线性Schr\"{o}dinger方程,而在水平波数小于3时该方程有包络孤立波解; 又进一步说明基本流的垂直切变对包络Rossby孤立波的波速的影响;强迫耗散对包络Rossby孤立波稳定度的影响.另外, 本 文还应用常数变异法求解了非齐次的Bessel方程, 得到包络Rossby孤立波的经向结构.     

广义二阶流体分数阶反常扩散速度场、应力场及涡旋层的理论分析

研究了在广义二阶流体中,由于平板在自身所在平面运动而引起的时间分数阶反常扩散速度场,以及由此所产生的应力场及涡旋层的反常扩散问题.许多经典的和前人所得到的结果,都可作为本文结果的特例而出现.例如,Wyss有关分数阶扩散方程的解;经典的Rayleigh时空相似性解;Bagley等人有关应力场和速度场之间的关系式;以及Podlubny所做的有关分数阶平板运动方程的解等.此外,还获得了许多有意义的理论结果.例如,时间分数阶扩散指数β大于广义二阶流体指数α是涡旋层生成的必要条件.涡量分布函数的建立依赖于流场该点速度剖面的时间历程, 而这种历程是可以用分数阶微积分来刻画的等.     

流体动力学的客观性要求

从流体动力学的客观性要求导出了新的流动理论.流动运动的不均匀性产生粘性力,不同观察者的选取会影响这种不均匀分布特征.将粘性力看作一种与观察者的选取无关的客观存在时,粘性力和动量方程在局域旋转变换下的形式不变性要求引入一种新的动力学场——涡旋场,通过构造流体系统的拉朗日密度并利用能量变分方法得到了所有场量的动力学方程.     

两层流体中具有β变化和地形影响的Rossby波

本文研究了两层流体中具有变化的Rossby参数和地形Rossby波的问题.利用行波法和摄动的方法,获得了Rossby波振幅满足齐次KdV方程和齐次mKdV方程,推广了Rossby参数和地形对Rossby孤立波的影响.     

周期壁面电势调制下平行板微管道中的电磁电渗流动

研究了平行板微管道中二维磁流体(MHD)电渗流(EOF)在zeta电势调制下的流动.流体的流动是由两个外加水平电场和垂直磁场所产生的Lorentz力和电场力的组合驱动的.在滑移边界条件下,得到了流函数以及速度分布的解析解.详细讨论了速度随Hartmann数Ha、滑移长度B、电动宽度K等相关的无量纲参数量级变化的变化规律.结果表明,调制的壁面电势会产生一个垂直速度分量,从而导致涡旋的形成.此外,可以观察到,速度的大小随着滑移长度B和电动宽度K的增大而增大.值得注意的是,速度的大小随着Ha值的增大而减小,这与一维流动中Ha值存在临界值的情况不同.     

参数激励圆柱形容器中的非线性Faraday波

在柱坐标系下,通过奇异摄动理论的多尺度展开法求解势流方程,研究了垂直强迫激励圆柱形容器中的单一模式水表面驻波模式。假设流体是无粘、不可压且运动是无旋的,在忽略了表面张力的影响下,用两变量时间展开法得到一个具有立方项以及底部驱动项影响的非线性振幅方程。对上述方程进行了数值计算,计算的结果显示了在不同驱动振幅和驱动频率下,会激发不同自由水表面驻波模式,从等高线的图像来看,和以往的实验结果相当吻合。