太阳风中的大尺度涡旋波

本文中提出,行星际磁场的扇形结构可能是由赤道面上的大尺度涡旋波引起的.对于太阳偶极子基本磁场来说,行星际空间中赤道面为一中性片,但当有波动形式的扰动时,就可能在赤道面上出现磁场,而在相邻区域磁场呈相反极性,文中证明了存在一种涡旋状的波动,它刚性地随同太阳一起共旋.在不考虑粘滞性和热传导的简单模型下,这种波不衰减,可以稳定地维持.按这种理论,扇形结构不是一种物质流,而是一密度波.本文还定量地估算了这种大尺度涡旋波的波长和倾角,并与人造卫星和飞船的观测资料作了比较,结果表明,两者是比较接近的。     

大气中颮线形成的非线性过程与KDV方程

本文从两层f平面的原始方程出发,在基本气流存在切变的情况下,得到了描写孤重力内波的KDV方程.文中指出大气低空急流上出现的飑线,是这种孤重力内波非线性演变所形成.在一定的基本气流分布情况下,计算了稳定孤波的相互作用和不稳定孤波发展,所得结果与大气低空急流上观测到事实是相当一致的.这样,飑线形成的非线性过程,低空急流中非地转现象和暴雨的发生诸方面,都能得到了内在的统一解释.     

关于磁流体力学激波稳定性理论的几个问题

本文讨论一类特殊的MHD激波的稳定性问题(或进化性问题),即此激波与二维斜入射小扰动波的相互作用问题。相当于推广气动力学激波的结果,过去的稳定性理论,即一维小扰动波与MHD激波相互作用的结果是,只有快激波与慢激波是稳定的,中间激波不稳定。本文的结果是:当小扰动波为Alfvén波时,得到与激波前后参数有关的新的稳定条件。当小扰动波为熵波与快、慢磁声波时,则稳定条件还与小扰动波的频率有关。并且作为一种极限情形,取垂直入射(反射、折射)时,快激波与慢激波都不稳定。本文计算还表明,一文的结论不能应用于激波稳定性理论。     

常数速度梯度时均匀湍流的二元速度关联函数

在湍流脉动速度比较小的条件下,本文得到了富氏变换过后脉动速度方程的解.它所代表的涡旋,在平均速度梯度为小量时,化为具有常数平均速度梯度的、组成后期均匀各向同性湍流场的涡旋和组成后期各向异性湍流场的涡旋.利用不同时刻的这种涡旋解,组成定常的有常数平均速度梯度的湍流场,这个湍流场可以近似地表达槽流和管流近中心区域的湍流场.我们求得了这种湍流场的二元速度关联函数,包括纵向的关联系数f(γ/λ)和横向的关联系数g(γ/λ).并且和均匀各向同性湍流实验中的前期和后期的f(γ/λ)和g(γ/λ)进行了比较.并且弄清楚了速度梯度对关联系数f(γ/λ)所产生的影响,最后还得到了雷诺应力和涡旋粘性系数的表达式.     

δ效应下的非纬向基本气流的斜压不稳定

在推广的β平面近似下(δ效应)对大气的两层模式研究了一般非纬向基本气流情况下的斜压不稳定.给出了基本气流斜压不稳定的影响,结果表明,在非纬向基本气流情况下,δ效应(球面效应)会使斜压不稳定更明显,β随纬度的变化可能是中高纬度产生斜压不稳定的原因之一.     

关于具有质量的Yang-Mills方程的静态解(英文)

关于Yang-Mills方程的静态解,Deser,S.证明了:当n≠5时,无质量的紧致群Yang-Mills方程不存在满足条件(ⅰ)无奇性(ⅱ)能量有限(ⅲ)当r→∞oo时,场强f_(λμ)→O足够快的静态解.又已知当n=5时,正则静态解确实存在. 对于具实质量的紧致群Yang-Mills方程,作者证明了:当n≠4时,不存在满足条件(ⅰ)无奇性(ⅱ)能量有限(ⅲ)当r→∞时规范势b_λ与场强f_(λμ)→O足够快的静态解.从而发现在n=5,当质量m→O时,对Yang-Mills方程的可解性问题而言,在性质上有一种“不连续性”.物理学家认为这是存在着经典的不连续性的第一个明确的例子,并对包括Higgs场的情况作了推广的研究. 本文进一步证明了上述两个结果中不仅条件(ⅲ)可以取消,而且条件(ⅱ)也可减弱.即能量为无限,但当以r为半径的球体的总能量趋于无限相当慢时定理仍成立.这时经典的“不连续性”也仍成立.由于能量有限与能量无限在物理上有根本的不同,所揭示的现象是值得注意的. 文中又证明,如果取消总能量趋于无限相当慢这个条件,定理的结论就不成立. 这里的证明方法,可用于更一般的情况.例如包括Higgs场的情况,从而[9]中的结果也得到改进.     

日冕开放磁场中的慢激波

日冕物质喷发的观测速度常低于Alfven波速的估计值而高于背景日冕声速,这表明日冕质量喷发可能在日冕中形成慢激波.本文假定日冕物质喷发由冕底的磁通量喷发所驱动,对它在开放磁场中形成的慢激波进行数值模拟。结果表明,慢激波纬度范围有限,外形平坦;一快波与慢激波共存并发生相互作用。快波使背景磁场发生偏转从而在慢激波前方引起稀疏,两侧引起压缩。快波的这些效应对慢激波的位,形和特征具有重要影响。     

岛屿地形对极地低压和热带气旋发展的线性理论模型和观测资料分析

基于轴对称和热成风平衡系统,研究了柱坐标系中的线性涡旋动力学方程组的初值问题,分析了岛屿地形对极地低压和热带气旋类涡旋的影响,同时分析了感热和潜热,摩擦和地形在极地低压和热带气旋类涡旋的强度和结构演变中的作用.通过对地形影响下的流体运动的径向和法向速度,以及垂直速度和流体运动的不稳定增长率的分析指出,流动和地形的相互作用对极地低压和热带气旋类系统的强度和结构演变起着非常重要的作用. 在岛屿山脉地形的迎风坡上,地形强迫的径向入流气流和垂直上升运动有利于极地低压和热带气旋类涡旋的加强和发展,有利于加强流体的不稳定增长率.但是,在山脉地形的背风侧,地形强迫的径向入流气流和垂直下沉运动,有利于极地低压和热带气旋类涡旋的减弱和消亡,有利于减弱流体的不稳定增长率.同时,基于气象观测资料分析了2003年12月19日发生在日本海上的一次极地低压生消和演变过程,所得到的观测事实和理论分析具有较好的一致性,并在此基础上讨论了极地低压和台风涡旋,斜压背风涡旋和斜压锢囚涡旋的生消机制和演变特征的异同.     

理想传导弹性体中能量耗散的磁-热-弹性波

广义能量耗散弹性理论(TEWED,G-NⅢ理论)广泛应用于均匀磁场作用下的时谐平面波在无限大的理想导电弹性体中传播的研究.提出了更普遍的有复杂参数的色散方程,通过运用Ieguerre 方法解决复杂条件下耦合磁-热-弹性波的问题,表明耦合磁-热-弹性波问题相当于改进的膨胀波及通过有限热波速度、热弹性耦合、热扩散率及外加磁场修正的、有限速度热波的传播问题.在G-NⅢ模型(TEWED)中,耦合磁-热-弹性波传播时发生衰减和色散,扩散的热量由热传播方程中的阻尼项考虑,而在G-N Ⅱ模型没有发生衰减和耗散.最后给出了类铜材料的数值结果.     

有限振幅超长波的发展及对流层大气环流的指数循环

本文由一个描写超长波运动的准地转三层模式,利用多尺度分析法,得到了有限振幅超长波不稳定和西风不稳定的非线性理论.当考虑到超长波扰动和基本西风气流的非线性相互制约后,同时得到了超长波振幅和西风强度作周期性振荡(周期为2—6周),与超长波尺度和初始振幅有关.流场演交表现了类似低指数的阻塞形势和高指数的纬圈环流的转换.超长波发展过程中的热量输送,维持了指数循环的能量转换.因此本文证明了指数循环是大气的超长波和基本纬圈气流相互制约的非线性反馈过程.     

Maxwell流体在有限长管道中作不稳定的蠕动传输:食道吞咽进程分析

解析地研究了有限长管道中Maxwell流体的不稳定蠕动传输.管壁受到不超过静止边界的收缩波作用.对无量纲形式的方程,应用长波长近似进行分析.导出了轴向速度和径向速度的表达式,评估了沿波长和管道长度方向的压力.讨论了回流现象,确定了回流极限区域.对食道中咀嚼食物(如面包、蛋白等)传输的数学公式给出了物理上的解释.可以看出,与Newton流体相比,Maxwell流体有利于在食道中的流动.与Takahashi等[Rheology,1999,27:169-172]的实验结果相符合.进一步揭示了松弛时间既不影响剪应力,也不影响回流极限.发现了压力的峰值,对整数值波列是相同的,而对非整数值波列是不同的.     

表示湍流场的一种新设想

本文仿照量子场论中描述基本粒子产生湮灭的方法来描述湍流中涡旋的产生和消灭.因为当某一基本粒子存在的时候,我们可以认为它是一个不变实体,而湍流中涡旋则在时间过程中不断变化和耗散,所以在类比应用量子场论方法时首先要解决怎样的湍流涡旋可认为是同一个涡旋.根据线性化理论的特点,我们认为在时间过程中按相似性规律变化时湍流涡旋才算是同一个涡旋,而把不具有相似性的涡旋出现或消失,看成是方程(2.6)中相互作用项φ_i所引起的湮火和产生的结果.然后,我们采用和量子场论相类似的产生算符和消灭算符来描述湍流涡旋系统所处的状态.最后,我们利用原N-S方程中相互作用项来构成涡旋相互作用的“Schr?dinger”方程以描述其状态的变化.这样就得类似于量子场论的湍流涡旋相互作用理论.     

SS Cyg爆发时连续谱的偏振

本文利用改进了的盘大气(加上冕结构),计算了SS Cyg爆发时连续谱的线偏振,结果表明:紫外波段的线偏振明显高于光学波段;波长λ?2000A时,偏振度大小随质量吸积率M增加而增加,λ<2000A 时则反之.爆发期间,偏振度皆为负,这是由于SS Cyg较小的吸积盘倾角所致.比较了利用标准恒星大气模型(Ku-rucz模型大气)所计算的结果,发现当M较大时,利用恒星大气所得的紫外波段的偏振度转为正值,这是由于该大气下不透明度较高的缘故.利用紫外波段的线偏振观测,将有利于对盘大气合理性的鉴别.     

三层流体系统中孤立波的产生

采用约化摄动方法导出了三层流体系统中各界面所遵循的KdV方程,讨论了流体深度对孤立波产生的影响,将波分为快模式、中间模式和慢模式波后发现慢模式波的结果与已有的实验结果定性上一致.此外,还发现自由面上可能存在下凹的孤立波,这有待于实验的验证.     

压电固体中弹性波传播的数学模型

依据动量定理、电荷守恒定律建立了弹性波在压电固体中传播的数学模型.不仅考虑了压电效应,也同时考虑了电流效应.在压电固体中同时存在机械位移场、极化电势场和电流场.求解波动方程,发现不考虑电流效应时,弹性波是非色散的;考虑电流效应后,弹性波是色散的.不仅如此,电流效应还导致弹性波的衰减.通过数值模拟,揭示了平衡载流子浓度对色散和衰减的影响规律.     

大气边界层中湍流场的团块结构

本文分析了从声雷达探测中发现的团块回波,它具有明显的边界,其形状是不规则的。回波强度在团块内部也是不均匀的,大多数团块具有扁平特点。团块回波一般出现在夜间、小风、稳定层结,并经常和一定的天气过程(如雷暴、降水等)相联系。根据声波在湍流大气中的传输理论,可以认为团块回波反映了边界层大气存在着密度不均匀的气块。这种气块的存在,对于波的传输、物理量(如动量、水汽、热量等)的输送、污染物的扩散、以及湍流化学等问题都会产生一定的影响。     

弹性和电-微拉伸广义热弹性固体中的平面波在不完全边界上的传播

讨论了平面波入射在弹性固体(介质(M))和电-微拉伸广义热弹性固体(介质M)的界面上时,波的反射和透射问题.介质M中存在5种反射波(纵向位移(LD)波、热(T)波、纵向微拉伸(LM)波和2种横向耦合位移和微转动波(CD(Ⅰ)和CD(Ⅱ)波));介质(M)中存在2种透射波(纵(P)波和横(SV)波).得到不完全边界上不同反射波和透射波的振幅比,并导出法向力刚度、切向力刚度和完全粘接时的振幅比.对LD波和CD(Ⅰ)波,图示出振幅比随不同入射角的变化.显示出反射波和透射波的振幅比受到介质的刚度、电场、拉伸和热特性的影响.推演出一些有价值的特例.     

完整Coriolis力作用下带有外源强迫的非线性ZK方程

在正压流体中,从包含完整Coriolis参数的准地转位涡方程出发,在弱非线性长波近似下,采用多时空尺度和摄动方法,推导出大气非线性Rossby波振幅演变满足带有外源强迫的二维Zakharov-Kuznetsov(ZK)方程.然后利用Jacobi椭圆函数展开法,求解了ZK方程的椭圆正弦波解和孤立波解.分析结果表明,Coriolis参数的水平分量将影响二维Rossby波传播的频率特征,而外源不仅对二维Rossby波动的传播的频率有影响,对振幅也产生一个调制作用.     

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.     

一种长期数值天气预报方法的物理基础

本文对一种新的长期数值天气预报方法的物理基础作了探讨。在考虑了各种热源(汇)的参数化形式后,建立了海-气联合系统中的闭合运动方程组。对这组方程的频率分析指出,存在两类在性质上完全相异的运动形式,其中一类是振荡周期为几天的短期波,它本质上是Rossby行波;另一类则是时间尺度为月的长期波。在非绝热作用下,这两类波可以是发展的(不稳定)。为了避免短期波以及误差所造成的虚拟过程的强烈发展,而把作为预报对象的、振幅较小的长期波的演变给掩盖掉,作者认为,在方法论上可以把短期波看成是一种“干扰”长期波的“噪音”而滤掉它。文中给出了一种滤掉短期波的方法。最后,分析了海洋的表层温度和大气运动之间的相互适应过程,指出,对于长周期运动,大气运动主要向初始的海温场适应。这就进一步为滤波后的长期预报方法提供了理论根据。