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   

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。     

大气中非线性波动的非频散解——Ⅰ.拟能影响函数及其应用

本文讨论大气中非线性波动的非频散解。在引入相角函数后,把大气中非线性偏微分方程组化为非线性常微分方程组。在系统的平衡点及奇异点附近讨论轨线性质,得到了非线性波动的一系列解析表达式。本文第一部分主要讨论二个问题1.拟能及拟能影响函数与非线性波解的关系,通过对拟能影响函数的讨论,可以判定周期解、孤波解、间断周期解与间断孤波解的存在条件,并且指出外界扰动若使拟能影响函数发生微小变化,则会导致孤立波的产生。2.间断周期解存在性讨论及函数逼近方法的使用。在求近似解过程中往往采用Taylor展开方法,但带来许多麻烦,本文对拟能影响曲线采用函数逼近的方法收到了良好的效果。     

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。     

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。     

斜压大气中的位涡适应过程

本文从初始方程出发,利用多时间尺度分析方法得到斜压大气运动的三个阶段,即地转适应阶段,准地转位涡适应阶段及平衡态。指出位涡适应的形成是通过长波频散不平衡能量得到的。采用能量变分方程可以证明在非线性情况下,位势涡度守恒的准地转演变必然导致准平衡态。它的特点是,等能量线,流线、等位势涡度线和等高线是相互平行的。这种平衡态的一级近似即一般所谓平衡方程。所以在非线性大气中,这种平衡态是比地转平衡更为普遍的一种平衡状态。     

二维非线性重力惯性波和孤立波存在可能性的讨论

本文讨论地球流体运动浅水波模式中非频散的周期解以及孤立波产生的可能性。首先,利用常微分方程的定性理论得到了浅水波存在的条件与浅水波解的解析表达式。在问题退化的过程中,发现当某物理量产生非线性孤立波解时,必伴随着其它物理量无界,因此认为系统根本不存在所谓的孤立波解。接着本文引进了广义能量(即拟能)的概念,指出当外界特定影响促使拟能产生微小变化时,此时系统会产生孤立波,最后得到了区别KdV方程的孤立波解的解析表达式。     

涡旋运动中的波作用密度守恒及稳定性

在层结旋转流体中,当背景场为轴对称涡旋时,用WKB方法导出了扰动运动的波作用密度守恒.从这一守恒方程出发,得到了涡旋中扰动不稳定的必要条件.在一般情况下,这一条件为:当涡旋中扰动的周向相速度与基本气流的旋转角速度相等,即存在共转圈时,扰动可能发展。 据此,文中以大气中的台风为例,分析了其中扰动的发生发展条件,并根据实际资料推出台风中的垂直环流将是双圈的,为台风眼的存在提供了一种可能的解释。     

非线性波在动脉内传播的理论和计算研究——Ⅰ.非线性脉搏波传播的理论模型

本文提出了一个新的非线性脉搏波在动脉内传播的理论模型,推导了一个新的血管壁-外周组织系统的非线性运动方程组,在其中仅含血管壁和流体的应力以及血管的非线性几何。这组运动方程与代表血液流动的不可压缩粘性运动方程和连续方程以及流体和血管壁本构方程相结合,可用数值方法来求解非线性脉搏波在动脉内的传播。其数值解可包含压力脉搏波、血流速度波和血流量波以及血管壁的位移波、速度波和应力波等等。这些脉搏波都是生理学和临床医学上很有意义的物理特征。     

球面正压大气中扰动的稳定性及其振幅、位相方程

对于球面、正压无辐散的理想、无粘性的大气,其基本气流与边界平行,且满足刚体边界条件.本文用线性小扰动方法,证明了中性扰动的充分必要条件是扰动的等位相线沿经向的分布.由此推得,具有非经向槽的扰动不可能是中性的,它必然是发展的或衰减的.文中还得到了关于扰动的振幅和位相的非线性方程。     

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。     

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。     

冬季低纬度热源异常对北半球大气环流影响的物理机制

本文应用球坐标系的波折射指数平方来讨论北半球的冬季低纬度强迫所产生的准定常行星波在实际基本气流中的传播规律,指出了冬季北半球低纬度热源异常将会引起北半球中高纬度大气环流的异常。本文还应用一个包括Rayleigh摩擦、Newton冷却及水平涡旋热力扩散准地转球坐标模式,来研究北半球冬季理想热源强迫所产生的扰动系统在北半球的传播情况。计算结果表明:在冬季由于热带太平洋上空热源异常,可以产生PNA型大气环流的异常。     

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。     

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。     

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。     

论赤道地区的大气边界层

本文给出了赤道地区线性Ekman层的控制方程及其解答,指出如果考虑了边界展与自由大气相互作用的物理机制,则大气的位势高度不应该完全独立于边界层.利用这一观点,可以对高度场给以一定的合理约束,使自由大气与边界层内之解具有合理的连续分布。这样,便可克服在临界纬度上垂直速度无限增大的困难。同时,还得到了在临界纬度上,边界展的风速解不呈Ekman螺线的新的结果。利用Mahrt所提出的充分混和的条件,来验证这一结论,得出相同的特点,这也说明所得出的结果具有一定的合理性的。     

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   

论成长过程中的非线性水波

将偶合风浪成长机制写入Stokes方程组,本文导出了非线性风浪在波数空间中的成长演化方程和在窄谱情况下,在物理空间中的控制方程——广义Schrdinger方程。从离散型的成长演化方程出发,本工作还给出了非线性单个波的从成长而趋于平衡状态的解析表达式。进一步分析了在演化时间尺度与成长时间尺度相当分离情况下的这个波的邻频不稳定特性。     

表征波与流相互作用的广义E-P通量

本文给出了含有大气层结效应的、并用观测资料可直接去诊断纬向平均流加速的广义E-P通量关系。它的优点在于,即使在大气斜压性较强,瞬变扰动的热量输送随时间和空间有明显变化的情况下,波对纬向平均流的加速作用也能较好地被诊断出来。同时广义E-P通量中,自动解除了过去E-P通量中存在的病态条件及扰动位移η’的不确定性,它能较准确地用观测资料去判别。文中用实例说明了广义E-P通量能诊断出一般E-P通量所不能正确诊断出来的结果。