大尺度海洋运动的地转适应过程

本文基于尺度分析方法,对正压海洋与斜压海洋大尺度运动地转适应的若干问题进行了较为系统的讨论。对正压海洋,给出了线性地转适应理论的限制范围,阐明了远离侧向边界的大洋内部流动向外部定常风场的适应机理。对于斜压海洋,着重讨论了海洋垂直方向的有界性和密度层化作用对地转适应过程的影响,论证了两层海洋模型以及有限深度海洋中地转平衡态解的性质,指出了海洋与大气在地转适应过程方面的异同以及在特定条件下非线性一阶模型动力学的守恒性。     

摩擦耗散和非线性正压不稳定

本文从含Ekman摩擦的非线性准地转正压涡度方程出发,应用Serrin-Joseph的能量方法,按变分原理,分别用总能量、总涡度拟能和两者的线性组合,导得纬向基流的非线性正压稳定性判据。由于采用了对Euler方程作新的变换,使本征值的估计更为精确,较好地改善了作者以前的部分结果。     

非地转不稳定

本文讨论旋转正压大气中非地转运动的不稳定问题(简称“非地转不稳定”)。文中采用线性化浅水方程,并取带状基本气流,得到了普遍适用的关于运动失稳的必要条件和运动稳定的若干充分条件;指出有三类不稳定:(1)正压不稳定,其必要条件是有((?)_r—(?))/((?)/(?)y)<0的区域;(2)惯性不稳定,其必要条件是:既有((?)_r—(?))/((?)/(?)y)<0的区域,又有f(f—d(?)/dy)<0的区域;(3)超高速不稳定,其必要条件是有((?)_r—(?))~2/|(?)|>1的区域,其中(?),(?)和(?)分别是基流的流速,自由表面的位势和位涡度;(?)_r为任意常数,f为科氏参数,坐标y指向北方。在浅水方程中,正压不稳定是正压准地转模式或无辐散模式中的正压不稳定的推广。但只在非地转模式中才有惯性不稳定和超高速不稳定,相应的扰动是非地转运动。     

海气耦合振荡非线性动力系统的平衡态研究

本文利用一个正压地形强迫准地转方程与表层海温方程联立,在大尺度洋流可用Sverdrup流近似的假设下来封闭方程组。在这样一个海气相互作用系统中,考虑了海温场加热大气及大气环流通过风生流再分布海温场的两个基本过程。在低阶截谱及多尺度方法的简化下,建立一个海气耦合系统。并对耦合系统作相空间分析,解析地求得海气系统中的两类稳定的平衡态。指出由此可以解释一些长期环流异常的特征。     

陆坡水域涡旋的运动及变化

基于测量的时空尺度特征,我们建立了一个描述涡旋在陆坡水中变化和运动的准静态准地转模式。这个模式的解析解揭示了涡旋变化的膨胀和旋转特征以及涡旋在背景流场和总涡度场作用下的运动规律。所有结果都得到卫星图片测量数据的定量证实。     

关于大气中的非线性Benjamin-Ono方程及其推广

本文利用多重尺度方法研究了大气中两层浅水波方程的非线性问题。文中指出:在经向扰动速度不太强的情况下,可以得到一个非线性Benjamin-Ono方程,并对它的代数孤立波和周期波进行了计算。同时还讨论了代数孤立波的演变过程,发现它在演变过程中可发生分裂,并产生波形的突陡,这可解释大气中的飑线过程。另外还指出:在经向扰动速度较强的情况下,可以得到一个修正的Benjamin-Ono方程,即Benjamin-Ono-KDV方程。     

热力强迫下大气平衡态的突变与季节变化、副高北跳

本文研究了具有连续季节变化热力强迫的低阶正压耗散系统的平衡态和平衡态的突变。由此得到,大气环流的典型季节性平衡态是冬季型环流和夏季型环流。由于热力强迫和大气非线性运动的相互作用,随着热力强迫参数的连续季节变化,可以出现大气环流的多次的季节性突变和副热带高压的北跳。在不同的经向和纬向热力差异下,副热带高压可以出现不同类型的北跳。     

多层准地转流体运动的稳定性

本文考察多层准地转流体运动的稳定性。应用变分原理与先验估计相结合的方法,得到了若干非线性稳定性判据。已有文献中关于该类运动的稳定性判据仅适用于初值的扰动,本文的判据适用于初值与参数的扰动。运用精细的先验估计方法,对多层准地转流体运动,本文首次得到了对应于Arnold第二定理的非线性稳定性判据。     

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。     

湿过程对多平衡态及副热带流型的影响

本文提出一个两层,β平面,带有海陆分布的低谱准地转湿模式;模式的湿度变量为全露点温度。模式过程包含蒸发、降水以及云和水汽对辐射的作用。用该模式实施的数值试验表明,湿过程使模拟的副热带高压显著增强,流型的经向度加大。在一定的参数集合,湿模式大气可以显示出双平衡态,结果与夏半年对流上层副热带高压东部型和西部型的观测事实相似。     

地转涡结构及其运动——单时间尺度内解及其运动

本文用单时间尺度及内外层匹配渐近展开法,证明了无粘地转涡解是本文的远离涡心的首项外解,靠近涡心处有一个随时间变化的、尺度为α的粘性涡核结构。其中粘性力(或湍流粘性力)是主要的,速度和大气高度均为有限值分布。并证明了当特征时间分别取为S丨((gh_(00))~(1/2))及S丨α((gh_(00))~(1/2))这两种长时间尺度时,地转涡具有相同的首项内解涡核结构。地转涡中心的运动速度,在精确到O(α)(外解的速度量级)范围,是等于旋涡所在的背景流场速度。本文还给出了一些数值解例子证实了上述结果。     

正压大气波动准共振与中纬低频振荡

本文从准地转正压涡度方程出发,在准共振条件K_1+K_2+K_3=0和ω_1+ω_2+ω_3=Δω下,求得准共振三波振幅的解析解为椭圆函数.并在一定的条件下求得波能量变化周期的近似式.此近似式和数值计算结果两者都表明,能量变化周期趋于准共振频率偏离Δω自身对应的周期1/Δω,特别当Δω～(0.1—0.025)O(ω_j)时,能量变化周期分别趋于12—46天,而当Δω=0时,周期为25—568天.因此,频率偏离Δω的出现可能是产生中纬低频振荡的一种新的重要机制.这还可以较好地解释Egger所作的著名的两个地形驻波和一个自由慢波准共振产生阻塞的数值试验结果.     

球面大气中行星波的波作用守恒方程及用波作用通量所表征的定常行星波传播波导

本文指出在球面大气行星波能量的传播中必须考虑非地转风分量对位涡度南北方向输送的作用,从而证明了球面大气中行星波波作用守恒,求得在球面大气中的波作用通量,即 Eliassen-Palm通量.文中利用 WKBJ方法证明了在球面大气中行星波波作用通量矢量是平行于行星波局地群速度在子午面上的投影. 本文还利用多层数值模式,计算了理想强迫所产生的定常行星波Eliassen-Palm通量矢量分布,证实了冬季北半球定常行星波在球面大气传播中存在着两支波导,即除了极地波导以外,还存在一支从中、高纬对流层的下层向低纬度对流层上层传播的波导。     

热带气旋逆时针打转异常路径的可能原因

本文用一个带有环境加热项和耗散项的正压准地转模式,实施了6组时间积分大于7天的数值试验。模式大气中,清楚地显示出热带气旋在移动过程中逆时针打转的现象。数值地研究了这种异常路径对计算区域的大小、热源扰动、初值扰动和迭代精度扰动的稳定性问题。认为该异常路径是模式大气中一种比较稳定的运动形态,最后分析了逆时针打转异常路径的可能原因。     

非平衡溶剂化的连续介质模型和超快过程溶剂效应

在连续介质理论基础上, 根据Jackson的能量积分公式导出非平衡态静电自由能和溶剂化能的正确表达式. 引入“弹簧能”概念, 对平衡态和非平衡态的静电能构成给出了合理解释, 即此能量由溶质自由电荷和溶剂极化电荷的自能、 两者之间的相互作用能和极化电荷的“弹簧能”构成. 对目前几种代表性的非平衡溶剂化理论进行了论证和比较, 指出其中存在的基本理论问题. 根据新的非平衡溶剂化能建立了电子转移反应溶剂重组能的双球模型、 光谱移动的单球孔穴点偶极模型, 多级展开方法和非平衡溶剂效应的数值解方法.在Poisson方程求解中引入类导体屏蔽模型, 建立了任意孔穴极化电荷数值解方法并应用到Closs-Miller电子转移体系, 得到与实验值吻合的溶剂重组能, 解决了传统非平衡溶剂化理论高估溶剂重组能的问题.     

热力强迫下斜压大气的多平衡态与副热带高压

本文用Lorenz的湿模式,在低谱简化下得到了描述大气运动的非线性耗散系统,讨论了在热力强迫与大气环流的非线性相互作用下,湿、斜压大气在参数空间的多平衡态与副热带高压冬、夏流型的转换及其东西振荡,并与相应的干模式进行比较。结果表明:副热带高压冬、夏流型的转换是一种不连续跳跃现象,是经过流场上的快速调整重建新的流型的过程。在干模式中反映不出副热带高压中心的东西摆动,而在湿模式中,由于引入了水汽的热力效应,体现了流场与加热场的非线性相互作用,促成了副热带高压中心的东西摆动。     

质谱的准平衡态理论计算方法和应用

本文根据质谱准平衡态理论利用自编的QETC(准平衡态理论计算)程序,对两个化合物(CH_2)_3S和CH_3CH_2CH_3进行计算,得到与实验值符合较好的结果。     

6月和10月大气环流突变的非线性机制

本文用低谱途径,研究了正压大气中环流的突变。在一定的参数集合,随着外部热力强迫的渐变,激发出了谱系数的准Cusp型突变与西风急流位置的突变,结果与6月、10月南支急流突然北跳与建立的图象相似。依赖于参数集合的变化,突变可被单稳态的渐变或多平衡态的分支所代替。环流突变的机制,是一个有多种加热强迫、有耗散、有热力动力共同作用的非线性机制。     

地转涡双时间尺度内解及其运动

本文在文献[1]基础上运用多重时间尺度(S/(gh_(00)~(1/2)及αS/(gh_(00)~(1/2))和空间尺度的渐近分析理论,给出了地转涡的内解结构和运动规律。证明了双时间尺度中,地转涡的首项涡核内解是与单时间尺度中的首项内解相等。一级解对短时间尺度变量的平均与单时间尺度分析所得的一级解相等。地转涡除了跟随背景流场一起运动外还作摆动运动。摆动的周期、振幅和偏移依赖于涡核结构及初始条件。涡心运动速度呈周期变化。首项运动速度对短时间尺度变量的平均与当地背景流场速度相等。     

纬向不对称热力强迫下超长波的非线性平衡态与阻塞形势

本文采用高截断谱分解方法,得到了在纬向不对称热力强迫下超长波的非线性平衡态解。其中一类低指数近于共振特性的平衡态的流场、温度场特点及其稳定性,反映了实际阻塞形势的一些主要特征。由于平衡态是解析地求得的,还引申出一些热力强迫对阻塞形势控制作用的推论。