簡单斜压大气中热成风的建立和破坏(一)

本文第一部分利用两层模式討論了热成风的适应問題.如果起始非热成风流場的热成风涡度大于溫度場的热成风涡度时,促使上升运动加强,反之,促使下沉运动加强。对于250—750毫巴之間的斜压系統,适应的特征尺度L_0,是决定流場向溫度場調整,还是溫度場向流場調整的临界水平尺度。 第二部分根据溫度場和流場的平流作用,分析了非热成风产生的机制.并由热成风适应速率和破坏速率的对比,討論了准地轉运动和非地轉运动的形成。 最后,用热成风不断破坏和建立的观点和方法,分析了长波斜压不稳定发展的过程,并进一步揭示了它的物理本貭。     

大气运动的特征参数和动力学方程

应用尺度理論及相似性原理分析大气动力学方程,可以揭露各种模式的相互联系并确定其适用范围。在准靜力平衡及气压梯度力与柯氏力同量級的假定下,对于无粘性流体的絕热运动,可以确定出三个由外部参数决定的特征尺度:由柯氏参数l_0决定的特征时間尺度l_0~(-1),由溫度层結及平均溫度决定的特征速度尺度C_0,及由此决定的水平距离尺度L_0=C_0L_0~(-1),这三个尺度与相应的大气运动的特征尺度之比值ε=1/Tl_0,μ=L_0/L及M_a~(-1)=C_0/U(或者λ=M_aμ)就是决定大气运动特性的三个基本参数。当o(ε)<相似文献   

扰动特性对大气适应过程的影响和測风資料的使用問題

本文推导出斜压大气中适应过程的最終状态的一些公式,在极限情况下这些公式趋向于正压大气情况;并且这些公式非常明显地反映出最終状态对初始扰动的水平尺度及垂直結构的依赖关系。分析表明,在正压大气情况下,或者在斜压大气中,如果初始扰动随气压的分布此較均匀或者近于对数規律(相当于溫度場是上下均匀的),則当初始扰动的水平尺度L小于某个特征尺度L_0时是涡度場維持,气压場向涡度場适应;而当L>>L_0时,結果相反.在一般的斜压情况下情况很复杂.当初始扰动在大气低层有强烈垂直切变时,却是有利于气压場維持,风場向气压場适应。 将所得結論应用到分析某些大气动力过程.指出在一般情况下,使用实測风場作初始资料,按准地轉模式对流函数作数值預告,比用重力位势場作初始资料时要更合理些。     

書報介紹

I.動力氣象之問題舆方法(Methoden und Problems der Dynami-sche Meteorologic)Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete,Vol.V,No.3,122pp.14 figs.,J.Springer,Berlin 1938.H.Ertel 著斯書都分3章24節,第一章敍述大氣熱力學及流體力學之精羲,其中對於大氣之組成,氣體状態方程式,熱力學二大定律,熱力平衡條件,熱力勢,特殊勢力状態變化,循環步驟,乾濕空氣之熱力學,輻射理論,流體力學中之奥氏及拉氏方程式,均有扼要之論述。第二章為大氣之普通動力學,諸凡自轉地球上之流體運動方程式,調和運動之方程式,涡動舆摩擦,重力勢,壓力場舆質量場,挪威貝鏗銀氏     

正压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式

应用描写正压大气运动的基本方程组，分析了中尺度大气运动的物理特征，指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础，因此，结合中尺度大气运动的基本特征，依据严格的尺度分析理论和摄动理论，简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征，对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到的半平衡和准平衡动力学模式分别与半地转和准地转模式极为相似，它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征，因而，可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究，结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制，其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写，获得了较为理想的结果。     

大气运动中的快速过程

文中利用时间边界层概念研究了大气运动中的快过程,发现:对的大尺度运动,在时间上可以区分为静力适应过程,地转适应过程及水平无辐散适应过程三个快过程,以静力适应过程为最快,地转适应过程次之,水平无辐散适应过程最慢。对L=L_0的大尺度运动,静力适应过程仍为最快,地转适应过程与水平无辐散适应过程在时间上已难以区分。对L相似文献   

簡单斜压大气中热成风的建立和破坏(二)

本文第一部分的分析只是近似地反映大气运动的一个方面——起始非热成风怎样达到热成风平衡的,在实际大气中,还存在另外一些因子,不断促使热成风破坏,并在热成风不断破坏和不断适应的基础上,形成了天气系统的变化和发展,自由大气中,造成热成风破坏的因子是多种多样的,例如非绝热加热,非线性平流作用,垂直方向的输送(例如     

旋转大气中运动适应过程问题的研究(一)

关于旋转大气中运动的适应过程的各方面问题的研究,至今已获得了许多结果,本文试图作一全面的评述。全文分六个部分,本期发表前三部分,包括弓信、正压大气和斜压大气局地扰动的情况,讲述地转适应过程和演变过程的可区分性、小扰动线性化方程情况的地转适应过程和非线性完全适应过程、地转适应过程和演变过程的相互作用、多时间尺度现象、近赤道地区扰动演变的特点、初始场水平尺度和垂直结构的影响、科氏参数变化的影响、能量弥散过程以及静力平衡适应、热力因子和摩擦的影响等问题。其余三部分将在下期发表。     

第十二讲 大气中的地转适应过程

大尺度大气运动的重要特点之一,是运动处于准地转平衡状态。因此大气中必定存在着一种物理过程,使得一旦偏离平衡状态时能迅速恢复,这就是“地转适应过程”,这是四十年代C.G.Rossby首先提出的。早期的研究都认为气压场主要向风场适应,通过重力波的频散来完成。重力波将有限空间内风、压场间的不平衡能量带到了整个空间,于是单位空间中的不平衡能量就接近于零了。     

论小尺度过程动力学的一些基本问题

本文对层结大气中小尺度过程动力学的一些基本问题作了研究。 首先用频率法对线性化后的小尺度运动方程作了分析。分析指出,线性化后的运动方程中包含了两种不同类型的波动,即快速传播的声波和相对声波而言的慢波——重力内波。 对于有气象意义的运动而言,声波是一种“噪音”,必须从运动方程中把它滤掉。文中指出,由于静力偏差(非静力平衡)对小尺度运动的发展具有重要的意义,一般用静力平衡来消除声波的方法对小尺度运动并不适用。文中提出了三种不同的消除声波的方法,即1)不可压缩条件的应用;2)将解按参数ε’(=V~2/gL)的冪次展开; 3)平衡方程的应用。同时分析了这三种不同滤波方法所带来的误差程度。 作为初值问题,研究了当在某一时刻在大气有限区域内的扰动破坏了静力平衡后所激发出的声波的频散性质,指出,从静力平衡的破坏到其种平衡状态的建立,场的这一适应过程完成得极其迅速。 最后,利用所提出的滤波方法,建立了滤掉声波后的二维非线性运动方程组。     

一次江淮流域切变綫过程的研究

本文研究一次江淮流域切变线的生成及其各个发展阶段的結构。 关于切变线的生成原因,作者强調高原的动力及热力影响。在結构方面,作者指出,切变綫附近鉛直环流的形式、切变线附近气象要素的分布以及低空鋒区的加强,相互之間有着密切联系.鉛直环流的加强,造成了低空鋒区的加强。当这个环流圈相对于鋒面的位置有变化时,鋒面的性貭,也就有不同。在切变线的上升运动区上空,高层对流层中,可能存在一下沉运动带,因而与切变线有关的流場,至少涉及到整个对流层。 最后,作者討論了:鉛直环流对鋒面的作用、极鋒型鋒区向赤道鋒的轉变以及我国副热带夏季某些系統的性貭及其特点等問題。     

中小尺度运动中风场和气压场的适应

在大型运动中有所谓地转适应的现象,本文研究了中小尺度运动中风场和气压场之间的适应问题。 由尺度分析可以发现:在一般中小尺度运动方程中,时间导数项较其中的各主要项小一个量极。因此可以认为中小尺度运动是在力的准平衡状态下进行缓慢的演变。当有某种原因破坏了这种力的准平衡态时,即有一种机制使运动回到准平衡来。这种准平衡态是惯性力(即速度平流)、科氏力和气压梯度力三者之间的准平衡。 由准平衡态的破坏恢复到准平衡的过程称为中小尺度的适应过程;准平衡态下的演变过程称为准常定过程。文中讨论了这两种过程中运动的物理性质。指出:对中尺度运动而言在适应过程中D>>ζ,在准常定过程中D≤ζ,这里D和ζ分别为散度和涡度。 设在某一有限的区域中,运动的平衡态受到了严重破坏,作为初值问题可以计算破坏以后运动的发展。计算结果表明:在短暂的时间内,气象要素有一急烈变化和调整,重新恢复准平衡态;时间稍长运动即进入准常定的演变。     

一个两参数斜压模式

根据一些作者得到的結論:在中国地区,地面摩擦对等压面高度傾向的貢献与地形的貢献相同,以及在某些特殊天气形势下,即便是对短期天气預报来說,非絕热因子也是不能被忽略的。作者首先从流体力学与热力学方程出发,提出了一个适用于作数值預报的两参数模式,給出了問題的解答;其次,討論了在使用三角形差分网格时,数值預报的截断誤差問題,并根据試驗給出了一个适宜的場量平滑公式.最后,还扼要地討論了斜压扰动的发展問題。     

超长波尺度运动中的快速过程

在[1]中,我们曾经讨论了大尺度运动、中小尺度运动中的快速过程,指出,对大尺度运动,在时间上可以区分出静力适应过程、地转适应过程和水平无辐散适应过程三类快过程。静力适应过程最快,地转适应过程和无辐散适应过程的相对快慢程度与运动的尺度L相对于Rossby变形半径L_0的大小有关。当L>L_0时,地转适应过程比无辐散适应过程快;当L相似文献   

大气运动中的地转适应过程

毛主席教导我们:“世界上没有绝对地平衡发展的东西”,大气运动也是这样。我们知道,在大气中,当水平气压梯度力和水平地转偏向力达到平衡时所具有的风,称为地转风。这时大气的运动状态是地转平衡的。然而,风云变幻,气象万千,大气是每时每刻都处于不停地运动和变化之中,这说明大气运动绝不是地转平衡的,实际风绝不等于地转风。     

中纬度平均经圈和纬圈环流维持的物理过程(二)

大尺度扰动的感热和动量输送是紧密联系的.在准地转运动中,大尺度涡动输送可分解为平衡输送和不平衡输送.在北半球冬季纬向风系和副热带高压带维持的过程中,中纬度不平衡涡动输送,以及与之相联系的平均经圈环流所造成的垂直输送,起着十分重要的作用.这时水平输送和垂直输送本身就处在内在联系之中.并且这种输送过程是和温度槽落后于流场槽的斜压扰动相联系的. 当把大气运动分解成垂直平均的正压动能和垂直切变的斜压动能时,可以更细致地了解中纬度大气环流能量转化的规律.我们进一步讨论和计算了中纬度北半球冬季能量转换的过程.     

乱流大气中地形对风压場的作用

本文从大气是乱流的介貭这一点出发,討論了地形对风場和气压場的作用,推导出了考虑地形作用的正压預报模式。在地轉近似的假定下得到:当气压梯度与地形梯度相重合而方向相同(反)时,发生加(減)压。还討論了地形对准常定气压波形成的各种作用,指出南北两半球緯圈平均气压、季际变化的不同,可以由地形作用来解释.     

不同尺度波动的非线性相互作用和大气的指数循环过程

本文用两层准地转截谱模式,考虑基本气流、超长波和长波之间的非线性相互作用,得出了大气环流指数循环这种准周期振荡过程,其周期为8—15天.数值计算表明:非线性相互作用可以产生大气行星波螺旋状槽线倾斜的谐振、不同尺度波动的振幅谐振以及大型环流波数变化的准周期振荡.     

用格子Boltzmann方法构建大气动力学模式的初步研究

文中建立了一个格子Boltzmann模型 ,经过Chapman Enskog展开得到的方程组能完整描述正压大气的动力过程 ,成功地模拟了正压地转适应过程 ,对Obukhov的经典例子进行了数值检验。结果表明 ,Obukhov的结果只体现了科氏力和气压梯度力的平衡 ,而本模型可以精确地描述科氏力、惯性力和气压梯度力三者的完整平衡 ,与Obukhov线性理论相比 ,气压变化量的数值相差 2 8% ,说明了线性适应理论只在定性方面正确 ,在定量方面还不准确。数值结果还表明粘性力在地转适应过程中基本不起作用。同时 ,还模拟了一个更大尺度的适应问题 ,验证了气压场与风场适应过程取决于尺度大小这一论断数值试验表明 ,格子Boltzmann方法用于模拟大气运动是可行的 ,而且因其编程简洁方便 ,天然具有极好的并行性能 ,对于建立模拟大气和海洋这样涉及复杂动力热力过程的多相大规模数值模式很有发展潜力     

地转适应过程中非绝热加热的作用

文中研究了处于地转平衡状态的切变基流中的地转适应过程。切变基流对适应过程有重大影响,当基流具有很强的反气旋切变,使f-(du)/dy<0时,非地转运动强烈发展。 非绝热加热的存在,一方面不断产生非地转运动,通过柯氏力迅速向地转平衡调整,另一方面,风压场不能完全达到地转平衡,进行着准地转下的缓慢演变过程。