半地转近似下的混合Rossby－重力椭圆余弦波

在半地转近似［１］下，利用层结大气中的涡度方程、散度方程、连续方程和绝热方程结合行波解的方法得到了关于垂直速度的单一变量方程。这是与ＫｄＶ方程相应的非线性常微分方程，可得到椭圆余弦波或弧立波。此波动的频率有两种，表明层结大气中存在着两种性质不同的非线性波动。其一是东传的惯性重力椭圆余弦波，另一是混合Ｒｏｓｓｂｙ－重力椭圆余弦波，其性质介于Ｒｏｓｓｂｙ椭圆余弦波与西传的惯性重力椭圆余弦波之间。这两种非线性波的相速不但与波数和振幅有关，而且与β因子和静力稳定度有关，即纬度越低，则传播越慢；大气越稳定，则传播越快。     

特定外源下的非线性Rossby椭圆余弦波和孤立波

本文讨论了在特定外源的条件下正压无辐散大气中存在的非线性Rossby椭圆余弦波和孤立波解,并求出了非线性波动的波速公式及其振幅与其它波参数间的诊断关系.证明了当不考虑外源时非线性波动的波速公式在振幅趋于零时即退化为通常的线性化的Rossby长波公式.     

变分原理与大气波动的Lagrange函数

本文从大气波动所满足的方程出发,应用变分原理求得了各种大气线性波动的Lagrange函数和平均Lagrange函数。应用平均Lagrange函数可以求得大气波动的频散关系、平均能量、波作用量和波作用量方程。 本文还分析了Lagrange函数与大气波能量间的关系,分析指出:Lagrange函数是物理量φ及其导数的二次式。对大气基本波动而言,非频散波的Lagrange函数是动能与位能(弹性位能或重力位能)之差,频散波的Lagrange函数是动能与恢复力的位能(有效位能、惯性位能或Rossby位能)之差。     

均匀基流中非线性行波解的稳定性及其存在条件

本文利用地转动量近似＾「１」并结合行波解的方法,研究了均匀基本气流中的层结大气非线性波动,首先由绝热无磨擦的闭合方程组导得关于垂直Ｐ速度的单一变量的非线性方程,然后讨论了非线性方程解的稳定性,并求得近似的非线性方程的椭圆余弦波和孤立波解及其存在条件。     

非线性正压Rossby波的精确解

本文从半地转近似下的正压大气运动方程组出发,导出了非线性正压Rossby波所精确满足的KdV方程,求得了椭圆余弦波解和孤立波解,并讨论了非线性波动的波速公式及其振幅与其它波参数间的关系。同时指出,在对大气模式进行数学简化时必须尽可能保证原模式所具有的一些守恒关系,否则有可能使原问题的解受到歪曲。     

正压模式中的非线性波动

本文从非线性大气运动正压模式方程组出发,用我们所设计的将非线性项在平衡点附近作Taylor展开的方法,求得了非线性有限振幅的惯性-重力外波和有辐散的Rossby波,均满足著名的KdV方程,它的解为椭圆余弦波,它包含线性波动,在一定的条件下形成孤立波。对有限振幅的但有辐散的Rossby波,它包含线性的有辐散的Rossby波(即叶笃正波),而且建立了包含叶笃正公式在内的新的色散关系,它含有振幅因子。分析表明:对有限振幅的惯性-重力外波,振幅大、宽度大的波传播越快,但对有限振幅的有辐散的Rossby波,振幅大、宽度大的波传播越慢,阻塞、切断系统可能属于Rossby孤立波。     

低频球面正压大气行星波的频散特征及大气环流遥相关型形成的物理机制

本文研究了非均匀基本纬向流中低频球面正压大气行星波的能量频散特征,讨论了波射线,求得了波射线路径的近似方程。此外,还讨论了沿波射线波包振幅和能量的变化。所得结果可给出大气环流遥相关型水平结构形成及其演变的基本物理图象。      

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。     

旋转地球大气中的非线性惯性重力内波

一、引言刘式达等利用非线性常微分方程中关于平衡点和相图分析的慨念,在力学的平衡点附近,设计了将非线性项作Taylor展开的方法,求得旋转地球大气中的非线性惯性波、重力波及Rossby波的椭圆余弦波解和弧立波解。本文将进一步地对旋转地球大气电的非线性惯性重力内波求解。     

非均匀介质中的Rossby波与Lagrange函数

本文从大气波动所满足的一般非线性方程入手,利用Lagrange函数平均法以及限制性变分原理求得了非均匀介质中Rossby波的频散关系式,波作用量方程,和平均能量方程取得了比较合理的结果。进一步验证了应用平均限制性变分原理求非线性大气波动Lagrange函函数的可行性,为今后用变分方法研究更复杂的非线性大气波动作出有益的尝试。     

THE NONDISPERSION SOLUTION OF NONLINEAR SPIRAL PLANETARY WAVES

In this paper,by using the simplified hydrodynamic equations of barotropic nondivergent atmosphere incylindrial coordinates,the nondispersion cnoidal wave solution of spiral planetary waves is discovered.The formulas of wave speed and the diagnostic relationships between wave parameters are obtained,mostof which are consistent with observed facts.It might mean that the nondispersion cnoidal wave does existin the real atmosphere.At least it might be a first approximation to the actual nonlinear wave.     

大气中行星尺度孤立波的动力特征

大气中的非线性波一直是气象学界所关心和重视的问题,Long和Benney等人最早把孤立波理论应用到大气中来,成功地解释了大气中的一些天气现象,后来我国学者巢纪平、刘式达、刘式适等又进行了这方面的研究工作,取得了一些有意义的结果。本文利用行星大气中的相当正压模式和Burger模式,在一定的条件下分别导出了它们所满足的KdV方程,     

一类非线性海气耦合波的研究

建立了一类非线性海气耦合波的模式,并用该模式作了解析研究,讨论了该类海气耦合波的存在条件,发现当海气耦合较强时分别存在以海洋为主导方面及以大气为主导方面的两支海气耦合波,而耦合较弱时则仅有前者存在。还求得了该模式中该类海气耦合波的椭圆余弦波解及孤立波解,并对以海洋为主导的海气耦合波的性质作了讨论,认为海气相互作用耦合也是产生大气季节内振荡的机制之一。     

低纬热带大气中的Rossby波

从热带大气波动的频率方程出发，详细分析了过去给出的低频Ｒｏｓｓｂｙ波的近似频率公式ω＝－βκ／［（２ｎ＋１）β／ｃ０＋κ＾２］，发现其对热带Ｒｏｓｓｂｙ波的性质有一定程度的歪曲。针对这一问题，经分析得到一个能更精确地表征热带Ｒｏｓｓｂｙ波性质的近似频散公式ω＝－βκ／［（２ｎ＋１）β／ｃ０＋４ｎ（ｎ＋１）／（２ｎ＋１）＾２ｋ＾２］，还简要地比较了热带线性Ｒｏｓｓｂｙ波和孤立Ｒｏｓｓｂｙ波两者的频散     

微波波段氧分子吸收系数的简化公式

研究氧分子在微波5mm附近的吸收系数,对于卫星和地面微波遥感大气温度,有重要的意义。为了迅速而准确地遥感大气温度层结,需要有一个简单而精确的吸收系数表达式。我们分别求出:在一定温度、压力范围内,5mm波段氧分子吸收系数近似表达式及标准等压面上5mm波段氧分子吸收系数与温度关系的近似表达式。以这些公式取代Meeks-Lilley公式,来提高遥感的时效。     

SIMPLIFICATION OF THE OXYGEN-ABSORPTION COEFFICIENT FORMULA IN MICROWAVE BAND

Study of the oxygen-absorption coefficient in 5mm wave band is important for remote sensing of theatmospheric temperature profile from satellites or ground.In order to obtain the atmospheric temperatureprofile rapidly and accurately,it is necessary to have a simple,but accurate formula of the oxygen-absorp-tion coefficient.In this paper,formulae of the oxygen-absorption coefficient in a certain range of tempera-ture-pressure and at a standard isobaric surface have been derived.These formulae may substitute for Meeks-Lilley formula in remote sensing of the atmosphere.     

水汽空间分布对大气船舶重力波影响的数 值试验

利用中尺度数值模式ARPS模拟研究了水汽在山脉重力波和大气船波的产生和演变中的作用。研究发现水汽和非绝热效应对大气船波的影响与水汽的空间分布有关,大气船波的产生和演变对水汽的空间分布具有极端的敏感性,在一定条件下水汽的引入有可能减少大气船波的活动。对于3层模式结构的气流过山而言,如果初始的水汽分布在中层大气,则水汽和非绝热效应对大气船波的影响较小,而如果初始的水汽分布在中下层大气,则引入水汽后减少了大气船波的强度,但是如果初始的水汽分布在整个模式大气层,则水汽的引入减少了大气船波的活动。     

Rain scavenging of soluble gases by non-evaporating and evaporating droplets from inhomogeneous atmosphere

We suggest a one-dimensional model of precipitation scavenging of soluble gaseous pollutants by non-evaporating and evaporating droplets that is valid for arbitrary initial vertical distribution of soluble trace gases in the atmosphere. It is shown that for low gradients of soluble trace gases in the atmosphere, scavenging of gaseous pollutants is governed by a linear wave equation that describes propagation of a wave in one direction. The derived equation is solved by the method of characteristics. Scavenging coefficient and the rates of precipitation scavenging are calculated for wet removal of sulfur dioxide (SO₂) and ammonia (NH₃) using measured initial distributions of trace gases. It is shown that scavenging coefficient for arbitrary initial vertical distribution of soluble trace gases in the atmosphere is non-stationary and height-dependent. In case of exponential initial distribution of soluble trace gases in the atmosphere, scavenging coefficient for non-evaporating droplets in the region between the ground and the position of a scavenging front is a product of rainfall rate, solubility parameter, and the growth constant in the formula for the initial profile of a soluble trace gas in the atmosphere. This expression yields the same estimate of scavenging coefficient for sulfur dioxide scavenging by rain as field estimates presented in McMahon and Denison (1979). It is demonstrated that the smaller the slope of the concentration profile the higher the value of a scavenging coefficient.     

Non-isothermal scavenging of highly soluble gaseous pollutants by rain in the atmosphere with non-uniform vertical concentration and temperature distributions

We suggest a non-isothermal one-dimensional model of precipitation scavenging of highly soluble gaseous pollutants in inhomogeneous atmosphere. When gradients of soluble trace gases’ concentrations and temperature in the atmosphere are small, scavenging of gaseous pollutants is governed by two linear wave equations that describe propagation of a scavenging and temperature waves in one direction. If wash-down front velocity is much larger than the velocity of the temperature front, scavenging is determined by propagating scavenging front in the atmosphere with inhomogeneous temperature distribution. We solved the derived equation by the method of characteristics and determined scavenging coefficient and the rates of precipitation scavenging for wet removal of sulfur dioxide using measured initial distributions of trace gases and temperature in the atmosphere. It is shown that in the case of exponential initial distribution of soluble trace gases and linear temperature distribution in the atmosphere, scavenging coefficient in the region between the ground and the position of a scavenging front is proportional to rainfall rate, solubility parameter in the under-cloud region, adjacent to a bottom of a cloud and to the growth constant in the formula for the initial profile of a soluble trace gas in the atmosphere. The derived formula yields the same value of scavenging coefficient for sulfur dioxide scavenging by rain as field estimates presented by McMahon and Denison (Atmos Environ 13:571–585, 1979). It is demonstrated that in the case when the altitude variation of temperature in the atmosphere is determined by the environmental lapse rate, scavenging coefficient increases with height in the region between the scavenging front and the ground. In the case when altitude temperature variation in the atmosphere is determined by temperature inversion, scavenging coefficient decreases with height in a region between the scavenging front and the ground. Theoretical predictions of the value of the scavenging coefficient for sulfur dioxide washout by rain and of the dependence of the magnitude of the scavenging coefficient on rain intensity are in good agreements with the atmospheric measurements of Martin (Atmos Environ 18:1955–1961, 1984).     

淮河流域夏季降水与低纬地区波列结构的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料,通过合成分析、诊断分析等方法,研究了淮河流域夏季降水异常年份的大尺度环流背景,并且分析了造成这种环流背景的可能原因。得到以下主要结论:在副热带地区,对流层低层存在一个自低纬向高纬传播的波列结构。在多雨年从低纬到高纬呈现"+-+-"相间的波列结构,而少雨年则相反,但是多雨年的波列强度要比少雨年强。利用波活动通量进行诊断发现:在多雨年,菲律宾到南海是明显的波源区,我国淮河流域和印度尼西亚是波汇区;在少雨年,印度尼西亚和我国淮河流域是明显的波源区,南海地区是明显的波汇区。这种波列结构的差异可能与淮河流域降水异常存在密切的联系。大气加热的不同可能是产生波列结构的一个重要原因。研究表明,赤道西太平洋大气热源的变化与我国淮河流域降水有密切的联系。印度尼西亚附近的赤道地区加热强,则淮河多雨;加热较弱,则淮河少雨。诊断分析表明,赤道地区加热强度的变化所产生的Rossby波的不同位相,与我国淮河流域降水的异常有密切的联系。