缓慢移动的行星尺度偶极子包络Rossby孤立子与?双波地形相互作用

在ＬＧ型偶极子近共振条件下，获得了一个高阶非线性Ｓｃｈｒ■ｄｉｎｇｅｒ方程，并用此方程来描述缓慢移动的包络Ｒｏｓｓｂｙ孤立子与双地形相互作用。数值结果表明，在ＬＧ型偶极子近共振条件下，在弱西风气流中，当一个弱包络孤立子位于地形槽区时，包络Ｒｏｓｓｂｙ孤立子可以通过近共振强迫而放大，并产生振荡现象然而长时间过后这个孤立子将破裂并激发一系列向西传播的小振幅波。在一定时间后，强迫孤立子除了东传外还存在一个缓慢的西传。同时，强迫包络Ｒｏｓｓｂｙ孤立子的瞬时流场与观测到的Ω型阻高和偶极子的形成、维持和崩溃过程类似。除此之外，孤立子扰动理论被用来研究双波地形在Ω型阻高和偶极子中的作用。结果表明，在孤立子的强迫过程中，由于高阶项的存在，孤立子的群速度和相速趋于相等，以致于阻塞包络与载波在某个时刻锁相，在这种情况下，阻塞的产生是强迫包络孤立子从频散向非频散的转换过程，而在阻塞崩溃期间则相反。因此包络孤立子与地形相互作用可以认为是阻塞产生的可能机制。     

大气中的包络Rossby孤立波——纬度效应的作用

本文进一步对旋转正压大气中的包络Rossby孤立波进行了研究，结果发现当Rossby波的波数m（m为纬向波数）满足1≤m≤2时，旋转正压大气中才存在包络Rossby孤立波，并且只有m＝2的包络Rossby孤立波才具有阻塞高压的结构。我们还对这种m＝２的包络Rossby孤立波随纬度变化的持续性进行了计算，得到了许多结果。     

近共振地形强迫Rossby孤立波

利用扰动展开和时空伸长变换导得了包括地形强迫的非齐次ＫｄＶ方程，讨论了近共振地形强迫Ｒｏｓｓｂｙｙ孤立波的产生，及其与自由孤立波的相互作用，得到了一些有意义的结果，显示出地形对扰动具有明显的增幅作用，在某种程度上可以解释局地地形在阻塞高压形成中的作用。     

一类低涡孤立波解的特征分析

在ｕαｖ／αｘ＝０的条件下，求出了某一类低涡的孤立波解，然后将它同一般低涡的孤立波解进行比较，结果发现，由于采用了ｕαｖ／αｘ＝０的假定，使得模式方程组的非线性增强，垂直输送ｗαｖ／αｐ赖以保留，使温度平流，非绝热加热（Ｑ１和Ｑ２）的强迫效应能够通过温度局地变化、垂直运动两条渠道表现出来。     

辐散风和瞬变的涡度通量对定常波的强迫

本文从理论分析、资料诊断和正压模式数值试验三个方面研究了瞬变的涡度通量的辐合与辐散风产生的涡度源之间的关系及它们在对流层上层定常波维持中的作用。结果表明， 瞬变涡度通量的辐合对辐散风产生的涡度源有抵消或耗散的趋势；定常波是在两种强迫力的共同作用下维持的。同时还研究了不同地区散度场对定常波的作用， 结果表明，中纬度东亚地区的辐合场对维持东亚大槽是重要的，并且这一辐合场与位于印度尼西亚地区的辐散场是维持西太平洋上副热带反气旋系统的主要强迫源。     

准定常行星波对大气中臭氧输运的动力作用

本文从拉格朗日平均环流观点讨论了行星波对大气中O3的输运作用。理论分析表明，当行星波是定常保守时，行星波对大气中O3没有输运作用；而非定常的行星波对大气中O3有明显的输运作用，它可以强迫出一个正的输运环流，即从热带上升，而从高纬下沉的环流；此外，只有当耗散的行星波传播到平流层才会在平流层强迫出输运环流。为了说明行星波对大气中O3输运的动力作用，本文还利用一组34层波—流相互耦合球坐标原始方程谱模式计算了地球大气中行星波对O3变化的作用，其计算的O3变化与实际观测到的O3分布变化很相似。     

准定常行星被对大气中臭氧输运的动力作用

本文从拉格朗日平均环流观点讨论了行星波对大气中Ｏ３。的输运作用。理论分析表明，当行星波是定常保守时，行星波对大气中Ｏ３没有输运作用；而非定常的行星被对大气中ｏ。有明显的输运作用，它可以强迫出一个正的输运环流、即从热带上升，而从高纬下沉的环流；此外，只有当耗散的行星波传播到平流层才会在平流层强迫出输运环流。为了说明行星波对大气中Ｏ３输运的动力作用，本文还利用一组３４层波－流相互耦合球坐标原始方程谱模式计算了地球大气中行星波对Ｏ３变化的作用，其计算的Ｏ３变化与实际观测到的Ｏ３分布变化很相似。     

辐散风和瞬变的涡度通量的异常对定常波年际异常的强迫作用

研究了１９８２／１９８３年１２—２月对流层上层由辐散风和瞬变的涡度通量所产生的涡度源异常对定常波异常的强迫作用。结果表明，瞬变的涡度通量辐合的异常有抵消或耗散辐散风产生的涡度源异常的趋势；定常波的异常是在这两种强迫力的共同作用下维持的。同时还表明，对１９８２／１９８３年的情况，热带和赤道中东太平洋上的涡度源异常以及中纬度北太平洋上的涡度源异常都对太平洋／北美地区的大气环流异常起了重要的作用。     

热源强迫对非线性重力内波影响的初步分析

利用相平面分析法,由Boussinesq方程组导出了与非线性重力内波有关的KdV方程,然后用直接积分法得到两类孤立波解,并且讨论了3种不同型式的热源强迫对孤立波解的影响。     

强迫耗散非线性临界层动力学的初步研究

研究了强迫耗散非线性临界层动力学，得到了强迫耗散非线性临界层的解析解。解析解表明，在含有强迫耗散的条件下，非线性临界仍有“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”，当时间很大时，“猫眼”趋于定常，强迫耗散因子对非线性临界层激发的“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”的涡度场有重要的调制作用。     

局地热力强迫与准定常大振幅扰动的形成

文中导得了包括热力强迫和耗散的非线性强迫ＫｄＶ－Ｂｕｒｇｅｒｓ方程,并作了数值求解。计算结果表明,热力强迫和耗散是孤波质量和能量变化的主要原因,耗散使孤波质量能量随时间指数衰减;热力强迫与地形一样,都能在强迫区产生定常孤波,但前者产生的上游扰动振幅更大,而后者产生的下游扰动更为明显;加热和地形一样都能使孤波发生位相漂移,减小其移速,阻挡孤波的移动,从而增加与孤波的相互作用时间;适当大小的耗散与热力强迫的组合迫使移动性孤波在强迫区附近来回振荡,大大增加与热力强迫的相互作用时间;在耗散与热力强迫同时存在的非线性系统中,移动性孤波与热力强迫的相互作用可能是产生阻塞等长生命周期的局地准定常系统的重要因子。     

低纬大气Kelvin波和Rossby波的非线性相互作用

利用多重尺度摄动法,对低纬大气Kelvin波和Rossby波的波包演变进行了分析,得到两波的非线性相互作用方程为耦合的非线性复系数Landau方程组。数值计算表明两波相遇将使波振幅变化,波宽变窄;两波非线性相互作用可能是低纬强烈天气突然爆发的原因之一。     

切变气流中地形强迫激发的非线性长波

经推导得到了包括地形和耗散的ＦＫｄＶ－Ｂｕｒｇｅｒｓ方程,利用数值解讨论了地表强迫激发的弧波演变以及移动性孤波与地形的相互作用,结果显示,对于α〉０或α〈０,不论是在气旋式切变气流还是反气旋式切变气流中,地形都能在强迫激发出定常孤波,在其下游产生调制椭圆余弦波列的背风波,当α＝０时,在反气旋式切变气流中强迫区产生的是大振幅定常孤波,气旋式切变气流中强迫区产生的是复杂的非定常孤波,地形强迫产生的ｍ＝     

地形强迫对大气长波调整的可能影响

地形作为大气的外部强迫,其动力和热力作用对波动结构演变及极端天气出现都有不能忽视的作用。本文通过数值求解考虑地形强迫的β平面正压准地转位势涡度方程,探讨了地形强迫作用对大气长波调整的可能影响,结果表明:同非线性作用和纬向非均匀基流作用一样,无基流情形下具有纬向差异的地形分布影响了大气长波结构的演变,也能强迫出大气长波调整现象。大气长波调整依赖于地形的高度和地形分布,地形越高,长波越容易出现波数的调整;地形波数越大,即地形结构复杂,越不易出现波数变化。大气长波调整还与纬度有关,纬度越高,β越小,地形强迫作用越突出,长波调整容易出现;反之,低纬度以β效应为主的线性波动不易出现波数调整。大气长波调整对波动初始波动的振幅不敏感,但依赖于波动的初始结构。此外,有基流作用时,地形强迫还是诱发定常波的重要因素,且定常波流场结构依赖于地形高度分布,与波动初始结构无关。     

垂直切变流中非线性重力波及其相互作用

利用多重尺度摄动法，推导出斜压大气中(基本风场具有垂直切变)两个非线性重力波相互作用方程，这两个方程联立组合为耦合非线性schrǒdīnger方程组。两个重力波相互作用时可激发出重力驻波。数值计算表明：两个孤立重力波相遇，相追会使波振幅增大，波宽变窄。强烈对流天气突然爆发的可能原因之一是中尺度重力波非线性相互作用的结果。     

外源与孤波的相互作用对阻塞形成的影响

利用准地转涡度方程导出包括外源和摩擦耗散的强迫广义KdV-Burgers方程,分析表明,外源和耗散的存在是孤波质量和能量变化的原因,耗散使孤波质量和能量随时间呈指数减小。数值计算结果指出,移动性孤波和外源的相互作用,使孤波移速减小,振幅增大;在无耗散情况下,失谐参数α较小时,由于孤波迅速离开外源强迫区,因此不利于阻塞的形成;小耗散的存在,迫使相互作用过程中孤波在外源强迫区附近来回振荡传播,大大增加相互作用时间,可能是造成外源区附近局地阻塞的一种重要机制。     

大气中孤立波的相互作用

本文讨论无限深上层流体和有限深下层流体的两层流体系统，该系统是大气的一种近似模型。采用拉格朗日坐标系，从无粘不可压流体力学方程式出发，利用摄动方法获得了所讨论系统中界面孤立波迎撞的摄动解。结果表明，在迎撞前后每个波独立地由Benjamin-Ono方程所描述，即波的形状不发生变化，迎撞的效应由相移来体现。     

层结大气中非线性椭圆余弦波和孤立波的研究

在前文采用半地转近似和行波法来研究层结大气中的非线性波动的基础上,进一步探讨非线性方程及其级数近似方程的解的稳定性,波动解的存在条件和波动的一些特征。研究指出,在平衡点附近,将非线性方程用其级数近似方程代替是可行的、合理的。在初始拟能满足一定的条件下,椭圆余弦波和孤立波是存在的。文中还求得了椭圆余弦波解的周期、ｘ向波长和振幅以及孤立波的宽度和振幅。并指出,孤立波的宽度和振幅不但与波速有关,还与β因子和层结稳定度有关,而且在相同的某条件下,西行的混合Ｒｏｓｓｂｙ－重力孤立波比起东行的惯性重力孤立波来,宽度要小但振幅却大。     

切变基本纬向流中赤道Rossby包络孤立波

利用多重尺度摄动法，从描写赤道Rossby波的正压大气位涡度方程中推导出在切变基本纬向流中非线性赤道Rossby波包演变所满足的非线性Schrodinger方程，并得到其单个包络孤立子波解，分析基本流切变对非线性赤道Rossby波动的影响。     

NUMERICAL EXPERIMENTS OF EFFECT OF SSTA OVER THE INDIAN OCEAN ON ATMOSPHERIC LOW-FREQUENCY OSCILLATION IN THE EXTRATROPICAL LATITUDE

Numerical experiments on forcing dissipation and heating response of dipole (unipole) are carried out using global spectral models with quasi-geostrophic barotropic vorticity equations. For each experiment model integration is run for 90 days on the condition of three-wave quasi-resonance. The results are given as follows: Under the effects of dipole (unipole) forcing source and basic flow intensity, there exist strong interactions among the three planetary waves and quasi-biweekly and intraseasonal oscillation of the three planetary waves. In the meantime, the changes in the intensity of dipole or unipole forcing source and basic flow have different frequency modulation effects on LFO in the middle and higher latitudes. The results of the stream function field of three quasi-resonant waves evolving with time confirm that the low-frequency oscillation exists in extratropical latitude.