中层大气Rossby波与惯性重力波的非线性相互作用（Ⅱ）波包之间的相互激发

进一步讨论了大中尺度Ｒｏｓｓｂｙ波与惯性重力波的非线性相互作用问题．从共振相互作用曲线来看，Ｒｏｓｓｂｙ波和惯性重力波可以在相当广泛的角谱范围内发生共振非线性相互作用．在一定条件下，一个大振幅波包可以激发两个小振幅波包不稳定增长而出现参量不稳定现象，这三个波包可以是同种类型或不同类型的波包．当两个大振幅波包发生相互作用时，非线性过程会产生另一个波包并使它增长，并且增长速度大于仅有一个大振幅波包时的增长速度．大尺度Ｒｏｓｓｂｙ波包税发两个较小尺度惯性重力波的过程是一种重要的能量串级（ｃａｓｃａｄｅ）过程．     

中层大气Rossby波与惯性重力波的非线性相互作用（Ⅱ）波包之间的相互激发

进一步讨论了大中尺度Ｒｏｓｓｂｙ波与惯性重力波的非线性相互作用问题．从共振相互作用曲线来看，Ｒｏｓｓｂｙ波和惯性重力波可以在相当广泛的角谱范围内发生共振非线性相互作用．在一定条件下，一个大振幅波包可以激发两个小振幅波包不稳定增长而出现参量不稳定现象，这三个波包可以是同种类型或不同类型的波包．当两个大振幅波包发生相互作用时，非线性过程会产生另一个波包并使它增长，并且增长速度大于仅有一个大振幅波包时的增长速度．大尺度Ｒｏｓｓｂｙ波包税发两个较小尺度惯性重力波的过程是一种重要的能量串级（ｃａｓｃａｄｅ）过程．     

中层耗散大气中Rossby波包的非线性相互作用理论

采用弱非线性近似得出中层耗散大气连续谱Ｒｏｓｓｂｙ波包的非线性时空演化方程，讨论了Ｒｏｓｓｂｙ波包的三波相互作用问题．数值计算表明，耗散和非线性的共同效应决定了Ｒｏｓｓｂｙ波包的演变．当一个Ｒｏｓｓｂｙ波包通过大气传播时，它的振幅若超过某个阈值，空间尺度分别比它大和比它小的两个次级Ｒｏｓｓｂｙ波包的振幅会随时间增长．特别当这两个次级波包同时随时空变化时，仅当主波的振幅超过一个更大的阈值，且其群速度介于两次级波包的群速度之间时，两次级波包的振幅才会随时空同时增长，即出现绝对不稳定现象，耗散和３个波包的频率失配都会增大不稳定的阈值．     

损耗大气中重力波的非线性相互作用理论

基于中高层大气重力波动力学是由非线性过程和损耗过程共同决定的物理思想,本文采用弱非线性相互作用近似,推导出损耗大气中重力波的非线性相互作用方程.这组方程是研究固定相位和随机相位重力波相互作用问题的出发点.通过引入平均振幅,我们得到了损耗情况下离散重力波的三波相互作用方程,该方程描述了重力波波包非线性时空演变的规律.作为该方程的一个具体应用,我们考虑了由于波-波相互作用产生的不稳定性.当一大尺度大振幅的主重力波通过大气传播时,非线性相互作用可能导致两个次级波振幅随时间指数增长.由于分子损耗和频率失配,主波的振幅必须大于一个阈值,这种指数增长才可能出现.共振条件满足时,阈值变为最小.频率失配还会导致次级波本征频率发生改变,改变的大小是频率失配值的一半.     

旋转流体中的二维惯性重力波-涡相互作用

本文利用f-平面浅水模型讨论了二维情况下快速惯性重力波与平衡涡旋之间的相互作用问题.当快速的惯性重力波传入涡旋区域后，波－涡之间发生了相互作用，涡旋可被加深，涡旋区域的风场等可以出现非对称分布，当惯性重力波全部传出涡旋区域并远离之后，涡旋恢复到其初始状态，但此时惯性重力波可以出现非对称结构，这与一维情况不同.在波－涡发生相互作用过程中，其物理量变化的最大区域分布基本与波动传播方向一致，在波动进入或移出涡旋时，相对应存在两个最大物理量变化区域，此外，相互作用导致的物理量的最大变化与波动结构、强度、传播方向以及涡旋特性有关.非线性条件下的波－涡相互作用要强于线性过程.     

简单热带海气耦合模型中不同扰动形式的作用

在局地热平衡情况下,将物理量先用韦伯函数展开,然后去掉相应分量的滤波方 法,讨论了简单热带海气耦合模型中不同形式扰动的作用和贡献,结果表明,在热带海气耦合 系统中,大气准定常 Ｒｏｓｓｂｙ波和海洋 Ｒｏｓｓｂｙ波对于耦合系统贡献较大,它们决定着耦合系统 与耦合扰动的性质,而大气准定常Ｋｅｌｖｉｎ波和海洋Ｋｅｌｖｉｎ波对于耦合系统贡献相对较小．     

对流层上传重力波的非线性演化

利用二维全隐欧拉格式对重力波在可压、非等温大气中的非线性传播过程进行了数值模拟和分析.分析结果表明，从对流层顶激发的重力波能稳定地经平流层传到中层顶，从而将能量和动量从一个区域带到另一个区域；在向上传播过程中，重力波经历了发展、位温翻转、对流直至最终破碎的演变；重力波的破碎是对流和小尺度波动的重要的源，对流不稳定和翻转是非线性现象的一个基本特征.计算还显示，扰动源的大小直接影响着重力波的非线性传播过程，当扰动源足够小时，重力波能稳定传播，而大振幅扰动可以加速重力波的破碎.     

重力波非共振激发的数值研究

应用二阶算子分裂格式，采用全非线性模式，对可压大气中重力波波包非共振激发进行数值模拟和分析.研究表明：两个向上传播的重力波波包，通过非共振相互作用，也能激发出一个向下传播的重力波波包.生成波的能量几乎正比于主波的能量，也随次波的能量增大而增大.能量传递方向主要表现为从高频的主波向次波和生成波转移，这与共振相互作用不完全相同.非共振作用的特征时间由主次波的初始位置和波长频率决定，与主次波的初始振幅无关.生成波的波矢量并不严格满足弱非线性相互作用理论预言的波矢量匹配条件，而且生成波的波长和频率在传播的过程中会随时间发生变化，这表明了弱非线性相互作用理论的局限性.     

重力波与潮汐之间的非线性相互作用

采用二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式, 研究了重力波与潮汐之间的非线性相互作用. 结果表明, 重力波在潮汐背景中传播时, 先后在z = 75~85, z = 90~110和z = 15~130 km 3个高度上发生不稳定. 垂直波长首先由12 km变成27 km左右, 新生成的长波逐渐被压缩并再次生成20 km左右的长波. 长波和短波出现的高度分别对应于反向和同向背景风场区域的高度. 在重力波主要的破碎区域(90~110 km)以上, 仍有部分重力波继续上传. 重力波在上传过程中除了对背景风场加速之外, 还增大了潮汐的振幅, 特别是在重力波发生不稳定之后, 对潮汐振幅的放大作用更加明显.     

中层大气中重力波饱和机制的数值分析

通过对向上传播的重力波波包在中层大气中的非线性传播过程进行数值模拟,讨论中层大气中重力波的饱和机制.数值模拟结果表明,向上传播的重力波波包的扰动振幅在接近波包的本征水平相速度之前随高度单调增长,而当波振幅接近本征水平相速度时,在对流不稳定区域出现等位温面的翻转,同时波振幅的增长达到饱和（波振幅随高度不发生变化）.小尺度对流在等位温面的翻转和波饱和发生后产生,随后波包开始破碎,这些非线性过程的最终结果产生湍流.表明导致重力波饱和的关键因素是等位温面的翻转而不是诸如波破碎、湍流、波-流相互作用等其他的一些物理过程.     

重力波包在中层大气温度波导中传播的数值模拟

给出了重力波在中层大气温度波导中的反对称形式导制传播的线性理论模型，并采用二维非线性的数值模型对重力波波包在中层大气温度波导中的传播和演变过程进行了模拟研究.模拟的结果表明，下层大气激发的重力波能量进入波导区域后被俘获形成导制传播.重力波在波导内不停地来回反射，垂直方向的自由传播受到限制，能量在波导内沿着水平方向传输，模拟得到的波参数与理论值相近.重力波包在温度波导中传播时伴随着能量泄漏，且能量泄漏的速率随时间变缓，最终总有部分能量被限制在波导区域.重力波在水平方向上传播几百公里后，依然维持着良好的波结构，同时数值模拟也给出了重力波在波导区域内能量密度的时空分布.     

三维分层流动过双山脉地形激发的大气船舶重力波动力学理论和数值试验

利用我们建立的三维分层线性理论计算模式和中尺度数值模式ARPS, 分别研究了三维分层流动过双山脉地形产生的三维线性和非线性山脉重力波和大气船舶的结构特征及其形成机制.线性理论计算结果表明三维三层流动过双山脉地形时，两个山脉各自强迫出一个发散模态的山脉背风波，在第二个山脉背风面，三维三层流动过双山脉地形可以强迫出两个发散模态的拦截背风波，大大加强了对大气环流的拖曳作用.非线性数值模拟结果表明，流动过山所产生的非线性山脉重力波和大气船舶完全不同于三维分层线性理论计算模式所产生的山脉重力波和大气船舶的结构和特征，由于分层流体之间的非线性相互作用，三维三层流动过双山脉地形时，可在第二个山脉背风面激发4个发散模态的拦截背风波. 三维三层流动过双山脉地形所强迫的山脉重力波和大气船舶，具有同三维三层流动过孤立山脉所产生的山脉重力波和大气船舶完全不同的结构和特征，三维流动过双山脉地形对两个山脉之间的距离表现出极大的敏感性.对于相距较远的两个山脉，流动过双山脉所强迫的山脉重力波表现为4个发散模态的拦截背风波，波动的能量相对于相距较近的两个山脉能传播到更高的高度.     

超低频波粒相互作用分析器

地球磁层的超低频(ULF)波是导致能量带电粒子快速加速的主要原因,同时这些粒子又可以使ULF波发生阻尼,它们之间的相互作用的过程可以通过星载仪器来定量观测.作者根据波与粒子相互作用的原理,结合中高轨道三维空间电场测量系统DC和低频部分的频率响应特点,设计了一种针对ULF波的波-粒相互作用分析器,并进行了模拟实验和验证.该仪器具有快速、精确、结构简单的特点,在中高轨道卫星观测时能对ULF波与粒子的相互作用的过程进行实时的定量测量.     

大气重力波产生大尺度赤道扩展F的理论

本文提出了大气重力波触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性并导致大尺度赤道扩展Ｆ的理论．重力波作为外部扰动派触发等离子体扰动，这种扰动在Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的作用下继续增长，经过４００ｓ扰动幅度就能增长到５０％，经过７００ｓ后幅度趋近１００％，即为完全的等离子体泡．由于Ｅ区的影响，赤道扩展Ｆ主要出现于晚上．本文的理论阐明了重力波与Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性相互作用的性质，揭示了大尺度赤道扩展Ｆ的产生机制．     

垂直切变风场中声重波的Burgers-KdV方程研究

本文从可压缩流体的原始动力学方程出发,利用二维约化摄动方法推导出垂直切变风场中考虑曳引效应的二维声重波的Burgers-KdV方程,并对其非线性性态作了一些研究.主要结果:1.声重波在远场处能激发起孤波和多周期波列等非线性波动;2.给出上述非线性波动与大气背景风场、密度等的制约关系;3.进一步推测大气风剪切是E_s形成的可能机制.从本文推导出的方程出发,可进一步研究声重波远场处的相互作用、能量转换、不稳定性和定源等问题.     

论不同模式大气中的静力适应过程

为了研究大气静力平衡适应过程的本质,利用波动理论和能量转换角度,分别对完全可压缩的等温大气模型、滞弹近似下的等温大气模型和层结中性大气模型进行研究比较.结果表明：大气静力平衡适应过程的本质是声波和混合声重力波对扰动能量的频散过程,滞弹近似模型和层结中性模型均不能完全描述此适应过程;在波动假设下,此三类大气模型中扰动物理量之间的偏振关系同波动的性质有关,气团的运动方程均为椭圆方程,声波和混合声重力波对气团运动的作用差异较显著.
大气静力平衡适应过程中扰动能量以有效势能、有效弹性势能、动能或波动能量的形式存在并相互转换;扰动有效势能与其他形式能量之间的转换与混合声重力波或者重力内波有关,扰动有效弹性势能与其他形式能量之间的转换与声波有关.在完全可压缩的等温大气模型中,扰动有效势能增加1个单位,其中69.9%来自扰动垂直动能,其余30.1%来自扰动有效弹性势能.     

西沙海域内潮与近惯性内波的相互作用

通过使用西沙海域锚定潜标的测流数据,分析了距浣熊台风路径100 km处海流受浣熊台风影响前后的动能谱、旋转谱和流剪切谱,从而阐明近惯性波,以及近惯性波与全日内潮波的相互作用机制.台风浣熊之后所引起的近惯性波主要在上250 m较强,其能量是普通风场所引起的40倍.近惯性波的能量向下传播至450 m左右,与此同时,强的近惯性流的剪切驱动着惯性波与全日内潮波之间的相互作用,从而产生强的近惯性波与全日内波的耦合波(f+D₁).此三波耦合机制为Davies的波波相互作用理论提供了观测依据,同时,近惯性内波与全日内潮波之间的非线性相互作用,揭示了南海近惯性波能量耗散的一种机制.     

ESF小尺度湍动谱簇射和非线性稳定性理论（Ⅰ）

本文从等离子体二流体方程出发,推导了适于描述赤道扩展F（ESF）层小尺度湍流的二维静电模型方程.对模型方程进行了线性分析,并且导出了描述波波相互作用的三波非线性耦合方程,以此为基础详细讨论了若干情况下的非线性稳定性和能谱簇射过程.结果表明,赤道F层不仅可以存在正能波,而且可能存在负能波;正能波和负能波的相互作用可以导致爆炸型不稳定性;各种可能的三个波（如三个正能波,二个正能波和一个负能波,等等）之间的相互作用可以产生不同类型的非线性不稳定性,导致不同形式的能量簇射,例如能量可以向大波数方向簇射,也可相反,还可能同时向大和小波数方向簇射等。     

重力波波包在向上传播过程中的破碎

采用二维全隐欧拉（FICE）格式对具有高斯分布的重力波波包在可压大气中传播时的饱和过程进行数值模拟和分析．数值计算结果表明,波振幅首先随高度增加而增加,但当波振幅接近于线性不稳定性给出的阈值时,不再增加,重力波波包达到饱和进而破碎．破碎出现的高度（86．50km）比线性理论预言的结果（84．59km）要高一些,并且一般都在波包的下游出现．波破碎过程能使波能量在空间重新分配,并对重力波能量有明显的耗散作用．并且波破碎会使波相关能量传输方向偏离线性射线理论的射线路径．     

空间尘埃等离子体中的重力波特性

建立尘埃等离子体中重力波的基本方程，推导尘埃等离子体中重力波的色散关系，分析地球极区中间层顶处尘埃等离子体层中的重力波特性，研究了重力波在电子密度垂直分层的尘埃等离子体中的反射. 结果表明尘埃等离子体改变了通常大气中的重力内波的色散关系，限制了小水平波数重力内波的传播，改变了波的能量特性，减小了重力波在不均匀大气中垂直向上传播时振幅的增长；在尘埃等离子体中传播时重力波可被电子密度垂直分层的结构反射而导致波能量的集中, 它产生的湍动所导致的空间电子密度的不均匀性分布是极区上空PMSEs的可能机制.