二维横波不稳定性的数值研究

应用线性非静力数值模式,对中－α尺度中线性和非线性横波不稳定的结构演变进行了数值模拟理想试验。结果表明：在线性非线性横波不稳定在其发展初期,都有“猫眼”流型出现;随着不稳定的进一步发展,非线性作用增强,其扰动结构不同于线性情况,流函数的扰动最后演变为以负环流为主的结构。     

二维横波不稳定的数值研究

应用非线性非静力数值模式,对中一α尺度中线性和非线性横波不稳定的结构演变进行了数值模拟理想试验。结果表明：线性和非线性横波不稳定在其发展初期,都有“猫眼”流型出现;随着不稳定的进一步发展,非线性作用增强,其扰动结构不同干线性情况,流函数的扰动最后演变为以负环流为主的结构。     

线性与非线性对称不稳定的数值试验

设计了一个准二维非静力数值模式，用该模式研究了对称不稳定的发展和演变特征。线性和非线性对称不稳定的数值试验结果表明。线性和非线性对称环流的演变特征及其结构有很大差异。在基本状态是对称不稳定的情况下，线性对称不稳定在其发展过程中始终维持着向冷区倾斜的对称环流；而非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同，当扰动增长到一定程度时非线性平流项的作用不可忽略，原来对称的环流则被破坏。     

线性和非线性横波型不稳定的数值研究

本文应用一个准二维的非线性非静力数值模式研究了线性和非线性横波型不稳定的中尺度模态的发展、演变和结构特征。结果表明：Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ数对横波型不稳定的发展和演变有影响。Ｒｉ数越小,不稳定增长越快,且增长率最大的波的波长就越短。非线性横波型不稳定在其发展初期,可以用线性理论作很好的近似;随着不稳定的进一步发展,扰动增强,非线性作用增强,其扰动结构与线性情况相比发生了很大变化,扰动结构最后演变成以顺时针环流为主的结构。     

Wave-CISK与快速增长的对称不稳定

本文应用一准两维的非静力平衡数值模式研究了凝结加热反馈对线性及非线性对称不稳定的影响。数值试验结果表明:当Ri<1时，对于一定的加热廓线，Wave-CISK可以激发出快速增长的线性对称不稳定，其指数增长率比无加热时增加一倍半，并产生向暖区的移动，而加热廓线对对称不稳定的发生发展及结构都有明显的影响。具有凝结加热的非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同，当扰动增长到一定强度，非线性作用增强，其不稳定增长速度就减慢，原来对称的环流结构被破坏，正环流不断减弱，负环流不断增强。     

对称不稳定理论及其应用问题(二)非线性理论

文章对对称不稳定理论及其应用的现状进行了全面的评述。主要讨论非线性理论，这包括非线性对称不稳定的一般研究方法（能量积分法，奇异摄动法，气块质点法，分岔和突变理论，数值试验），二维定常非线性对称环流的稳定性等问题。最后讨论了线性理论和非线性理论在实际应用方面的差异。     

二维对称不稳定的数值试验

设计了一个二维非静力数值模式,把线性和非线性对称不稳定作为一个初值问题进行数值研究,结果表明线性和非线性对称环流的演变特征及其结构有很大差异。     

中尺度对流系统演变中的非线性对流对称不稳定

应用ARPS(Advanced Regional Prediction System)模式用数值试验的方法分析了中尺度对流系统中非线性对流-对称不稳定的发展, 结果表明, 非线性对流-对称不稳定的发展过程首先是对流的发展, 为对称不稳定的发展创造了条件, 而对称不稳定发展的结果使对流组织化, 环流加强, 生命史增长, 并且对流发展与对称不稳定的释放存在一个正反馈过程, 从而给出了其中物理过程相互作用的概念模型.     

强迫流与不稳定流的相互作用

通过数值试验的方法,研究非保守系统中的基流平衡被破坏和重建过程中,产生非平衡中尺度环流与不稳定能量造成的对流关系,着重探索在形成持续时间较长、尺度较大的深厚湿对流的物理过程中,强迫与不稳定的相互作用.研究结果表明:强迫流比不稳定流小一个量级.强迫流虽然本身的量值较小,但是强迫流是不稳定流的触发机制.如果环境场具有深厚的不稳定层(垂直或倾斜方向),并且环境场强迫出一定振幅的呈上升运动的强迫流,则在0～3小时以后,将在强迫流上升运动中心激发出不稳定流上升运动中心,或使已经存在的不稳定流上升运动中心向强迫流上升运动中心移动.     

大气环流形态的分支现象

本文用二层准地转截断谱模式,研究了大气环流形态的分支现象.结果指出:依赖于热力强迫的不同取值,模式大气将显示出等温静止或Hadley环流两类定常流型,Hadley流型并具有基本解的属性.在热力强迫达到Hadley流型的分支点以前,Hadley流型是稳定的;到达分支点后,Hadley流型不稳定,激发出新的流型,显现出分支现象.绝热无地形时,分支出瞬变斜压波;绝热有地形时,在不同的分支点分别激发出地形驻波与地形瞬变波;非绝热时,分支出非绝热驻波或非绝热驻波与瞬变斜压波的混合波型,非绝热驻波失稳激发出二级分支,     

“96.1”高原暴雪过程横波型不稳定的数值研究

利用一次较成功地模拟了“96.1”青藏高原东北部暴雪过程的MM4中尺度模式输出资料, 用非线性横波型不稳定模式对“96.1”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了数值试验, 结果指出:横波型不稳定的分布和演变与暴雪切变线的发生发展过程相当一致, 说明横波型不稳定是这次暴雪过程的一种动力学机制.     

南海夏季风爆发前后扰动演变及其数值研究

以球面正压涡度方程为数学模型，建立了线性和非线性的数值积分模式，通过在模式中设置不同的基本流场和初始扰动场，研究基流和初始场对扰动发展的作用，揭示在球面正压大气中扰动发展的动力学机制。数值试验结果表明:在线性模式中，扰动的移动和发展与基流的分布有着很密切的关系，基流影响着扰动纬向传播的速度和方向； 在非线性模式中，当基流稳定时，扰动的移动以及传播与线性模式的结果相同，但与线性情况的最大区别在于，此时扰动能量的增长存在上限。同时发现，扰动的发展既依赖于基本气流的分布，也依赖初始扰动的结构；南海夏季风爆发前后的基本流场是正压不稳定的，且这种不稳定在季风爆发时达到最强，这可以成为季风爆发的动力学解释。     

一次梅雨锋气旋波雷暴天气生成的剖析

本文利用常规观测资料，并采用滤波方法，仔细地分析了１９８０年６月２４日一次江淮气旋中发生物强对流性质的暴雨天气。分析表明，强对流性质的暴雨天气之所发发生，是由于低层的西南风急流轴与Ｔｄ的湿舌轴重合，极有利于水汽的不断输送，８５０－７００ｈＰａ之间较长时间对流不稳定居存在，雷暴区又正好与Ｓ〈０的对称不稳定区重合，对称不稳定产生了倾斜对流，使雷暴天气得以维持；     

一条中尺度雨带的多普勒雷达回波特征及环境条件分析

该文利用3830/CC单多普勒雷达加密资料和Micaps客观分析资料, 对2002年8月22日在副高外围偏南气流影响下, 对流回波发展形成中尺度NNE — SSW向带状回波的演变及其环境条件进行分析。结果表明:带状回波是造成这次中尺度雨带的直接影响系统, 偏南暖湿气流源源不断沿着带状输送, 利于带状回波的维持和发展; 强降水主要发生在低层风随高度顺转 (暖平流)、高空有急流和出现逆风区的阶段, 副高外围偏南气流为带状回波的形成和发展提供了水汽和热力条件, 而高空倒槽为其提供了动力条件, 湿位涡的分布特征较好地说明了这一点, 带状回波和雨带出现在斜压不稳定和正压稳定而中低层为负涡度环流的潜在不稳定区中。     

突发性暴雨的中尺度对流复合体环境条件的个例分析

本文给出了2001年8月24－25日在500hPa西北气流下产生的对流云团单体合并、加强形成中尺度对流复合体（简称MCC）的发展过程，并对其发生的环境条件进行了分析。结果表明，当低层水汽充足、局地大气具有潜在不稳定能量和适当的触发条件时，在500hPa西北气流控制的地区会出现中尺度对流复合体，产生强降水天气。本次过程主要是低层气流的辐合造成水汽、能量的聚积，低层的增暖增湿，高层的干冷空气入侵，形成了强的对流不稳定区；中尺度扰动及低空偏南气流在地面静止锋上被迫抬升，引起中尺度对流云团发展合并，是MCC生成的主要机制。     

西藏林芝地区一次暴雨过程的中尺度模拟与分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测的TBB资料,对2015年8月19日发生在林芝地区的一次暴雨过程进行天气分析,并利用中尺度数值模式WRF的模拟结果分析此次暴雨过程中尺度系统的结构特征。结果表明,此次暴雨过程发生在高原低涡切变的环流形势下,伴随辐合线发展的线状对流系统是此次暴雨发生的主要原因。WRF模式可较好地模拟出暴雨过程的环流形势和降水的落区、量级。西南风引导的暖湿气流为暴雨的发生、发展提供充沛的水汽条件;对中尺度结构的分析表明,低层辐合、高层辐散的结构以及在降水区存在的正涡度伴随强烈的上升运动为此次暴雨过程提供了有利的动力条件,假相当位温的分布能够为暴雨提供有利的热力条件,垂直螺旋度低层正中心的配置反映出大气的不稳定分布,有利于中尺度对流系统的发展与维持。     

Local instability in a periodically forced sliced cylinder

This paper investigates the dynamics of mesoscale eddy generation by instability of time-varying flows. Laboratory experiments on oscillatory motion over topography in a rapidly rotating cylinder have shown that isolated mesoscale eddies, which form in the sidewall boundary layer during certain phases of the forcing cycle, are associated with the onset of chaotic behavior in this system. This paper explores the origin of these eddies by performing computational simulations of the flow, and then interpreting the results of the calculations using spatially localized and quasi-static linear stability theory. For most of the experimental parameter space the quasi-geostrophic simulations are in excellent agreement with the laboratory observations. The eddies arise as a barotropic shear flow instability in regions of space and at times where the inflection points of the instantaneous large-scale flow are farthest from the sidewall, and where Fjortoft's theorem is strongly satisfied. At finite amplitude, advection of the local wavetrains up the bottom slope strengthens the anticyclonic eddies. These then merge, leading in most circumstances to a single strong anticyclonic vortex that can leave the sidewall and penetrate the interior. When parameters are such that the eddy persists all the way around the basin and back to the local instability region, the flow is observed to become chaotic.