间歇湍流的分数阶动力学

间歇湍流意味着湍流涡旋并不充满空间,其维数介于2和3之间.湍流扩散为超扩散,且概率密度分布具有长尾特征.本文将流体力学的Navier-Stokes(NS)方程中的黏性项用分数阶的拉普拉斯算子表达.分析表明,分数阶拉普拉斯的阶数α和间歇湍流的维数D相联系.对于均匀各向同性的Kolmogorov湍流α=2,即用整数阶NS方程描述.而对于间歇性湍流,一定用分数阶的NS方程来描述.对于Kolmogorov湍流,扩散方差正比于t3,即Richardson扩散.而对于间歇性湍流,扩散方差要比Richardson扩散更强.     

大气中对流的分岔和突变模型

本文推广气块法所建立的线性对流模型,利用了流动稳定性及分岔和突变理论,建立了包含层结、局地加热及阻力等因子的非线性对流模型。研究指出: 1.在非线性层结的条件下,层结稳定性决定于线性层结参数μ(μ=-N~2,N为Brunt-频率)和表征非线性层结的强度参数b。在b>0时,参数μ由负到正会发生亚临界分岔,它表明即便是线性稳定层结(μ<0),但由于非线性层结的作用,在一定高度上会出现非线性层结不稳定;在b<0时,参数μ由负到正会发生超临界分岔,它表明即便是线性不稳定层结(μ>0),但由于非线性层结的作用,在一定高度上会出现非线性层结稳定。 2.在非线性层结的条件下,局地加热强度α的变化会引起层结状态的突变。 3.在线性阻尼的条件下,线性层结的变化会发生鞍一结点分岔,由此可导得Benard对流判据;加入风速切变的影响后,其变化会发生Hopf分岔,并可得到重力内波稳定的Miles判据。     

从北极高压、南极低压到南北极间的三维异宿轨道

本文利用球坐标系(λ,φ,r)中的球面地转风关系,说明当等压线形成最简单的纬向分布时,此时南极是低压,北极是高压. 但是,当在地转风关系中加入摩擦力后,则南北极由闭合涡旋变成螺旋涡旋,且两极之间形成一条球面上的三维异宿轨道. 关键词： 北极高压 南极低压 摩擦力 异宿轨道     

Lamé函数和非线性演化方程的多级准确解的不变性

利用小扰动方法对非线性演化方程作展开得到原始方程的各级近似方程.并在Lamé方程和Lamé函数的基础上,应用 Jacobi椭圆函数展开法求出了非线性演化方程的多级准确解,从而得到了多级准确解中存在的守恒形式.     

孤立波和同宿轨道

本文分析了孤立波与同宿轨道的关系,同时分析了冲击波与异宿轨道的关系。分析指出:非线性演化方程(偏微分方程)的孤立波解相当于该方程对应动力系统(常微分方程)的同宿轨道,这是动力系统联结同一鞍点的轨道;而非线性演化方程的冲击波解相当于该方程对应动力系统的异宿轨道.这是动力系统联结不同鞍点,或联结鞍点和结点,或联结鞍点和焦点的轨道;本文还用行波传播的观点分析了物理现象的波粒二重性,指出用同宿或异宿轨道与行波的关系,特别是利用 KdV—Burgers 方程鞍一焦异宿轨道来研究湍流运动是大有希望的.     

湍流的KdV-Burgers方程模型

本文在求得KdV-Burgers方程鞍-焦异宿轨道行波解析解的基础上,证实了高歌提出的把KdV-Burgers方程作为湍流规范方程的想法是有深刻意义的。文中分析了湍流涡旋的串级散裂过程,指出:由于湍流的间隙性,这种串级散裂过程是按等比数列进行的;其次,由行波解的扰动速度场求得了湍流能谱,在双对数坐标系中,其斜率在-1.76—-1.97之间,并用Frisch的间隙湍流模型,求得它的分数维在2.09—2.72之间,从而进一步论证了湍流的间隙性。最后,以大气动力学力例,简要地分析了湍流的耗散和色散效应的物理机制。     

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.     

一类非线性方程的新周期解

把Jacobi椭圆函数展开法扩展到Jacobi椭圆余弦函数和第三类Jacobi椭圆函数的有限展开法,并给出了一类非线性波动方程的新周期解,并且应用这种方法得到的周期解也可以退化为冲击波解或孤波解. 关键词： Jacobi椭圆函数 非线性方程 周期解 孤波解     

考虑β变化下的Rossby波

本文考虑了Rossby参数β随纬度的变化并引进了γ参数γ≡-dβ/dy=2Ωsin(ф)/a2.同时把β平面近似扩展为含γ参数的近似:f=f₀+β₀y-γ₀y2/2.这就更接近实际,特特是在较高纬度地区.本文着重研究了γ参数对Rossby波的作用.研究指出:γ参数在较高纬地区有较强的作用.它可以形成纯γ参数所产生的Rossby波,并给出了在一般情况下的包含β变化的Rossby波相速公式,它在γ₀=0时退化为著名的Rossby公式.研究还指出:考虑了β的变化,即便基本气流u是y的线性函数也可以出现不稳定,但γ参数通常对Rossby波起稳定的作用.而且,它影响Rossby波的经向尺度和等位相线的结构,但都减缓Rossby波的增长或衰减.