Derivation of baroclinic Ertel–Rossby invariant-based thermally-coupled vorticity equation in moist flow

For the potential vorticity （PV） invariant, there is a PV-based complete-form vorticity equation, which we use heuris- tically in the present paper to answer the following question： for the Ertel-Rossby invariant （ERI）, is there a corresponding vorticity tendency equation？ Such an ERI-based thermally-coupled vorticity equation is derived and discussed in detail in this study. From the obtained new vorticity equation, the vertical vorticity change is constrained by the vertical velocity term, the term associated with the slope of the generalized momentum surface, the term related to the horizontal vorticity change, and the baroclinic or solenoid term. It explicitly includes both the dynamical and thermodynamic factors＇ influence on the vorticity change. For the ERI itself, besides the traditional PV term, the ERI also includes the moisture factor, which is excluded in dry ERI, and the term related to the gradients of pressure, kinetic energy, and potential energy that reflects the fast-manifold property. Therefore, it is more complete to describe the fast motions off the slow manifold for severe weather than the PV term. These advantages are naturally handed on and inherited by the ERI-based thermally-coupled vorticity equation. Then the ERI-based thermally-coupled vorticity equation is further transformed and compared with the traditional vorticity equation. The main difference between the two equations is the term which describes the contribution of the solenoid term to the vertical vorticity development. In a barotropic flow, the solenoid term disappears, then the ERI-based thermally-coupled vorticity equation can regress to the traditional vorticity equation.     

斜压流体产生涡旋的数值模拟

本文以二维定常方腔中的自然对流为例，对斜压流体产生涡旋的力学现象进行了数值研究和计算结果的显示     

旋转流体的实验研究

本文是作者近几年在旋转流体实验室模拟方面做的主要工作，研究涉及气动转台上，旋转流体对流涡旋的运动，水动转台上，旋转流体斜压波表面流动的变化，不稳定性结构，三维温度结构，急流的三维结构，地形的影响等诸多方面的问题。部分实验结论与大气实际观测结果有着极好地相似。     

湿斜压热动力耦合强迫激发辐合增长和暴雨维持的一种机制

打破将散度演化分析局限于水平动力学框架内的传统认识思维,针对大气的斜压性与层结特征将对大气运动散度场演化产生显著影响的事实,从湿斜压原始方程出发,将大气的斜压热力作用通过热力学方程引入散度方程,在替换平衡近似（alternative balance）下,导出了显式包含湿非地转Q矢量与垂直风切变耦合强迫作用的新型散度方程.阐明了潮湿大气中非地转斜压强迫激发散度场演化的物理机制,为利用常规观测资料诊断散度场演化提供了一种有效的数学工具.通过对流层中低层气柱内总体辐合增长影响因子的分 关键词： 暴雨天气 散度演变 正压非平衡强迫 湿斜压热动力耦合强迫     

斜压原始方程组的拟谱-差分法及其误差估计

本文构造斜压原始方程组的拟谱-差分格式,其解满足能量守恒律。文中还给出了严格误差估计。     

Richtmyer-Meshkov失稳的数值模拟

利用五阶迎风紧致差分格式加群速度控制方法对激波与轻气体柱形界面的干扰问题进行直接数值模拟,并研究了涡量的产生及其发展和界面的变形,分析了柱形界面的失稳过程,得知在线性发展阶段,重气体以恒定的速度进入到轻气体中,并形成尖钉结构;在非线性发展阶段,在尖钉头部的两侧形成一对旋转方向相反的涡结构.同时证实了激波与界面的相互干扰有助于增加混合.并将所得的数值解与实验结果进行了比较.     

RICHTMYER-MESHKOV不稳定性的数值模拟

采用了自适应的非结构网格和基于有限体积法的二阶Godunov格式,数值模拟了在激波作用下两种不同密度流体的交界面的演化过程.着重讨论了Richtmyer Meshkov不稳定性以及斜压效应在交界面演化过程中的作用,并给出了交界面的扰动增长率.     

应用多介质PPM方法计算斜激波与物质交界面的相互作用

利用多介质PPM方法研究斜激波与物质交界面的相互作用.采用与体积分数耦合的Euler方程组作为计算模型,用双波近似来求解一般刚性气体状态方程Riemann问题.通过体积分数的计算来获得界面的位置,在整个流场采用统一的高阶PPM格式进行计算.文中对斜激波与不同物质界面相互作用进行了数值模拟,并给出了交界面上由于斜压效应产生的涡列的演化过程,特别是强斜激波与不同物质界面的相互作用的情况.     

径向气流上扰动的斜压不稳定

本文研究了基本气流为经向气流的扰动的斜压不稳定问题．得出了经向气流上扰动的斜压不稳定的判据、相速、垂直结构，并从能量角度分析了扰动不稳定发展所要求的条件，指出，这些条件在实际大气中是容易达到的．