强迫波、自由波和纬向气流的相互作用——Ⅰ.平衡态环流的分支

本文用二层准地转模式,建立了一个近共振强迫波和近斜压不稳定自由波的非线性相互作用模式,试图以此来研究高低指数转换和非均匀性振荡的动力学问题。在这第一部分中,首先分析临界斜压不稳定和近共振强迫共同作用的弱非线性问题。然后以Hadley环流向Rossby波分支所造成的简单周期运动开始,分析热强迫波平衡态向定常强迫波与瞬变移动性Rossby混合型态的分支,及其所造成的较为复杂的运动形态。     

螺旋Rossby波的波作用守恒和稳定性

本文应用WKB方法导出了在一般较接近实际大气的模式中,螺旋Rossby波的广义波作用量所满足的方程。当背景场不随时间变化时,波作用量具有守恒性。从这守恒性质出发讨论了螺旋Rossby波的稳定性,指出扰动发展的必要条件是广义绝对涡度梯度至少在区域中的某一条空间曲线上为零。在某些简化条件下,与Charney和Stern~([1]),郭晓岚以及Eady~([3])的结果一致。若广义绝对涡度梯度处处不为零,则扰动发展须满足其它的条件,它与基本气流的分布及Rossby波等位相线的倾斜状况有关。     

大气中的非线性椭圆余弦波和孤立波

本文从非线性大气运动方程组出发,在力学的平衡点附近,用比较简洁的方法求得了非线性有限振幅的色散大气惯性波、重力内波、Rossby波均满足KdV方程,它的解为椭圆余弦波和孤立波。对有限振幅的Rossby波,建立了不同于Rossby公式的新的色散关系,它合有波的振幅因子。分析表明,对有限振幅的惯性波和重力内波,振幅大,宽度大的波传播越快;但对于Rossby孤立波,振幅大,宽度大的波传播越慢,极涡、阻塞切断系统可能属于这一类波。     

大气中阻塞形成的一个理论

本文提出了偶极子阻塞形成的一个新理论。文中首先使用多重尺度方法研究了基本气流具有弱切变的非线性正压Rossby波,得到了它的波包满足非线性Schr-dinger方程。指出:当Rossby波的波数满足k~2/3相似文献   

非线性Rossby波及其相互作用——Ⅰ.Rossby包络弧立波的碰撞

本文利用多重尺度摄动法,推得了描述正压大气中两非线性Rossby波相互作用的方程组。根据此方程组,本文讨论了两Rossby包络孤立波的碰撞相互作用,认为两包络孤立波的碰撞,在某些参数范围内呈现包络孤立子特性,在另外一些参数范围又观测到“非弹性”效应:改变传播方向,分裂孤立波,频散能量等。在相互作用过程中,两波各自能量守恒。     

长波近似与大气中的线性与非线性Rossby波

大气运动中,在x,y方向的水平尺度L_xL_y往往是不同的。特别是当L_y相似文献   

大气中的孤立波

本文从一些大气动力学方程组出发,研究其孤立波的存在性。结果表明,惯性波、重力内波和Rossby波都有孤立波出现。     

大气中几类孤立波的一般解

本文籍助Bargmann势方法,从另一种途径研究了大气中的孤立波解问题,导出了内重力孤立波、惯性孤立波和Rossby孤立波的一般解及其色散关系,得到了一些新的认识和结果。     

地形对斜压流体多流态影响的实验研究

使用热趋动斜压旋转流体,作无地形及有地形强迫的对比实验,研究地形对流动状态的影响。在无地形强迫时,流型是对称分布的6波。流型不随时间变化。在实验条件完全相同但有地形强迫时,斜压波的波数和波幅周期地振荡。地形对斜压流体运动起调制作用,造成流动在时间和空间的不均匀性。至少有两种流动状态,即纬向型和经向型流动。斜压波振荡和多流态的原因是地形的强迫作用。     

地球流体中的非线性波动

本文从地球流体(海洋与大气)运动的浅水模式的非线性方程组出发,用作者所设计的将非线性项在平衡点附近作Taylor展开的方法,求得了非线性有限振幅的惯性重力波和Rossby波的解析解,研究指出:(1)非线性有限振幅的惯性重力波和Rossby波都满足KdV方程;(2)它们的解都为椭圆余弦函数,即是椭圆余弦波,它包含线性波,在一定的条件下形成孤立波;(3)建立了既包含波数又包含振幅因子的色散关系;(4)给出了一种函数变换方法,使非线性的二维问题转化为非线性的一维问题来处理。     

平流层爆发性增温的一个理论研究

本文利用一个包括对流层和平流层大气的三层地转模式,考虑了具有急流型切变的斜压基本流和经向结构不同的波与波之间的非线性作用,模拟了爆发性增温过程,并讨论了它的动力机制。     

强迫基流上Rossby波包的结构和演变

本文用WKB方法研究了正压及斜压强迫基流上Rossby波包的演变过程(发展、传播和结构的改变),得出:(1)增强波波包的平均空间尺度随时间变大,但衰减波波包的平均空间尺度则随时间变小;(2)正压增强型扰动在水平面上向急流区传播,但衰减者则向离开急流区的方向传播;(3)斜压增强型扰动在垂直方向上向急流轴传播,但衰减者则反之;(4)扰动的发展特性依赖于其结构及其相对于基流的位置;(5)强迫形成的常定波列具有典型的斜压增强但正压衰减型扰动的结构;能量向对流层顶传播;且若扰源位于急流轴附近(即中纬度)地带,则在水平面上扰动由急流区向外传播,且分裂成南北两支。文中还给出若干大气中实测到的常定流场的图,和一个高空天气系统演变全过程及其预报图。理论结果和实际情况很相一致。     

论广义模型中的湿准地转斜压不稳定

本文研究了β作用、静力稳定度加热廓线和基本斜压切变对湿准地转斜压不稳定过程的影响。凝结加热通过扰动波涡度场的参数化进行,其根据是斜压动力过程所产生的低层垂直速度,可维持加热反馈作用所需的水汽辐合。与β=0情况一样,有β作用时,不稳定波的发展率首先很快随着加热强度参数ε增加。在一般加热条件下,最不稳定的波长亦减小到中间尺度。结果表明,当ε较小或中等时,β是个弱的稳定因子。如基本流场有西风切变,β逐渐随ε增加变为强稳定因子。但是在东风切变的条件下,当ε大时,β变为一个弱不稳定因子。结果又揭示了静力稳定度和加热廓线的作用是互相影响的。如加热在低层相对比较大,湿斜压不稳定过程就发展更快,因为低层的静力稳定度在一般情况下是较小的。     

大气中非线性波动的非频散解——Ⅱ.非线性波速公式

本文的第二部分主要讨论非线性波速公式。由于非线性波动的波速公式与波形有关,为此文中引入了反映波形的无量纲量M。我们发现M可以表征波动非线性程度的大小,此即为M判据。文中还给出了非线性Rossby波与非线性重力惯性波的波速公式,对前者振幅大的波动相速度小,而对后者则相反。此外,文中还讨论了在求非线性波动的近似解时应用Taylor展开时所必须注意的问题。     

强迫波、自由波和纬向气流的相互作用——Ⅱ.高低指数的转换和振荡的定性分析

本文对第一部分所建立的一个近共振强迫波和近斜压不稳定自由波的非线性相互作用模式,用不连续振动的近似分析方法进行讨论。文中划分混合型动力系统的相空间,从而区分运动的快变和慢变过程,由此分析高低指数环流之间的转换机制,以及指数循环的不均匀周期振荡的形成机制。     

A THEORY OF BLOCKING FORMATION IN THE ATMOSPHERE

In this paper, a new theory of blocking formation was proposed. The nonlinear Schrdinger equation satisfied by nonlear barotropic Rossby waves for the weak shear zonal flow was obtained by using the WKB method. It was pointed out that when the Rossby wavenumbers sarisfied the relation: k/3相似文献   

层结大气中的内惯性重力孤立波与颮线形成的非线性过程

本文从层结旋转大气三维非静力平衡方程出发,导出了平行基本气流中的有限振幅扰动波的KdV方程。对于层结为常数和矩形截面中无切变的基本气流的简单情况,进行了求解孤波解的一些基本性质,合理地解释了低空急流左侧形成飑线和雷雨群列队的现象。同时也说明了低空急流上与之相伴随的超地转脉动特征。在层结和平行气流为空间函数的一般情况下,对于孤波解波幅与斜压-惯性-层结联合稳定度之间关系的定性分析表明,在稳定度下降的地方会有更强的垂直环流在孤波中发展,并有类似暴雨的爆发性特点。     

非绝热有限振幅超长波的演变和大气环流的中长期变化

本文用描写非绝热有限振幅超长波运动的三层模式,得到基本纬向气流弱不稳定时,超长波振幅和基本气流的演变规律。分析表明,在轴对称热力场作用下斜压不稳定的旋转地球大气系统,在通常的牛顿型加热下具有特征周期为几周到几个月的阻尼自振荡特性。牛顿型加热将导致稳定的平衡态流场出现,通常它是近于高指数的环流状态,与行星大气本身的参数和基本气流超临界垂直切变的大小有关。趋于平衡态的演变过程性质,取决于加热强弱(μ)与斜压不稳定发展率(kC_(oi))的相对大小:在一般加热下,超长波振幅演变呈衰减的振荡特性,在强加热下,演变过程表现为快变和缓变两个阶段。这些结果可以对大气环流中长期变化的一些特征给予理论上的解释。     

LINEAR AND NONLINEAR STABILITY PROBLEMS FOR THE BAROCLINIC ROSSBY WAVES

In this paper, beginning with two-level quasi-geostrophie equations describing the baroclinic Rossby waves and using the bifurcation theory, a simple model of the stability for the baroclinic Rossby waves is set up. We find the linear and nonlinear control parameters and modify some classical conclusions of the stabilities.     

NONLINEAR CNOIDAL WAVES AND SOLITARY WAVES IN ATMOSPHERE

In this paper, starting with the equations describing the atmospheric motion and by arelatively simple method, we find that, nearby the mechanical equilibrium point, all thefinite amplitude nonlinear inertia waves, internal gravity waves and Rossby waves in thedispersive atmosphere satisfy the KdV (Korteweg-de Vries) equation, its solution being thecnoidal waves and solitary waves. For the finite amplitude Rossby waves, we find the newdispersive relation which is different from the Rossby formula and contains the amplitudeparameter. It is shown that the larger the amplitude and width, the faster are the wavesfor the finite amplitude inertia waves and internal gravity waves, and the slower are thewaves for the Rossby solitary waves, to which perhaps the polar vortex and the blocking orcut-off systems belong. This treatise gives the nonlinear waves a new way and inspires usto study the nonlinear adjustment process and evolution process and the turbulence structure.