大尺度涡旋正压不稳定的若干研究

初步分析了两类大尺度园形基流上扰动的正压不稳定问题,对不稳定模态的扰动增长率和扰动振幅的径向分布等进行了讨论.     

初生西南涡扰动不稳定发展的弱非线性动力分析

文献[1]研究了初生西南涡扰动在弱不稳定层结下出现不稳定发展的情形,但没回答扰动不稳定发生后,西南涡怎样发展的问题。本文利用临界摄动方法,讨论了初生西南涡扰动不稳定后,在垂直速度及位温垂直分布不均匀引起的弱非线性垂直平流的调节和反馈作用下,扰动发展形成稳定的具有一定空间结构的过程。当参数取适当数值时,可获得与实际基本一致的结果。     

圆形涡旋大气中的横波不稳定

讨论涡旋大气中,存在沿切向基流传播的横波型扰动,并采用数值方法讨论了柱坐标系下圆形涡旋系统斜压气流中这类扰动的不稳定,这是一类中尺度的重力惯性波的不稳定.研究了涡旋环境大气的层结稳定度参数N2、切向风垂直切变Vz、凝结潜热、涡旋特性及科里奥利参数f0对不稳定增长率的影响.圆形涡旋中同样存在横波不稳定的Eady模态和中尺度模态,得到了中尺度模态的扰动场分布特征:流场的不规则"猫眼"结构及慢速传播的扰动均集中在低层,而快速传播的扰动均集中在高层的扰动特征.     

热力强迫对局地环流的扰动作用

用积分变换法求解了包含地面加热作用的二维不可压缩流体的Boussinesq方程组,得到一组描述地面加热作用激发的局地扰动流场的解析解,主要有垂直风、水平扰动风、扰动气压、扰动温度。进而用动力学分析的观点结合图形分析,定性讨论了热力强迫作用对局地环流的扰动作用,以及加热影响下各物理扰动场的空间分布及时间演变特征。     

夏季南亚—西太平洋地区对流层环流的演变及其与低纬扰动的关系

本文着重讨论了对流层中、上层大气环流的演变对低纬度扰动的制约作用。应用两层模式中的扰动振幅方程,按实际的环流形势所确定的风场随纬度和高度的分布,计算了扰动特征相速及其振幅在区域内的分布,考察了南亚——西太平洋地区低纬度扰动的结构和性质。      

β中尺度扰动的不稳定增长率分布

本文采用线性化、无粘、绝热的 Boussinesq方程组 ,研究了 β中尺度波段的不稳定问题 ,讨论在不同理逊数下扰动的稳定性增长率分布。在不同的 Ri下 ,不稳定的出现对波长有选择性 ,在小 Ri 时 ,即 Ri<0 .95 ,β中尺度波段存在对称不稳定 ,Ri 数越小 ,对称不稳定的增长率越大 ,此外还存在横波型扰动的不稳定和斜交型扰动的不稳定。当 Ri 数增大时 ,Ri>1时对称不稳定已不存在 ,但其余两类不稳定仍存在 ,且在 β中尺度波段中较大尺度的扰动以横波型扰动的不稳定占优 ,而较小尺度的扰动以斜交型扰动的不稳定占优。     

大气静力稳定度的铅直分布和不同风速铅直廓线对天气系统发展的影响

采用一个准地转三层模式,对于高低空不同层结及不同风速铅直廓线下的斜压不稳定性问题进行了分析和讨论。指出:(1)大气层结特征对斜压不稳定的影响不仅表现在对不稳定临界波长和临界风速切变的制约上,而且其铅直分布的不均一性决定了大气的各个层次对斜压不稳定的贡献大小;扰动的斜压发展主要取决于静力稳定度较小的那些层次内的热力、动力学条件,在这些层次内,扰动也最为明显。(2)高低空风速比中空为大的“高低空强风型”风速铅直分布最有利于扰动的不稳定发展,在这种风速铅直廓线下,不稳定波波谱较宽,不稳定波临界波长和最不稳定波波长也较短。     

热带气旋动力学的定性分析

本文根据简化的热带气旋环流模型,对描述热带气旋扰动的偏微分方程近似解析解进行了定性分析,进而讨论了热带气旋演变特征,探讨了加热场分布、边界层水汽因素,初始风场对扰动发展的影响,为研究热带气旋扰动发展问题提供了一定的理论依据。     

扰动动能谱与长江中下游地区春季连阴雨天气过程

本文应用欧洲中期预报中心1973～1987年3～5月500hPa高度场资料,着重讨论了长江中下游地区春季连阴雨过程中扰动动能谱特征和连阴雨形成过程中扰动动能谱的时空分布规律。     

夏季青藏高原动力和热力的强迫定常扰动

本文应用一个球面和σ坐标原始方程线性定常模式,模拟夏季青藏高原的动力和热力强迫作用下的定常扰动.计算得到的定常扰动,在对流层上层槽脊分布和实况基本相符,但南亚高压的位置稍偏东,中太平洋高空槽较弱.在对流层中层计算的扰动振幅较实况强,特别是西太平洋副高.对偏差的可能原因进行了讨论.文中比较了不同基本气流、热源的垂直分布和热力耗散的影响,结果表明不同的热源垂直分布可以影响定常扰动的位相分布;还指出线性模式中,随高度增强的热力耗散机制对解释定常扰动的位相和结构可能是重要的.     

中间尺度扰动的生成机制和结构的初步研究

本文用多层模式探讨了中间尺度扰动发生发展的几种可能机制,其中包括:斜压切变、静力稳定度、凝结反馈等,并对中间尺度的扰动结构进行了分析。文章最后结合天气事实对中间尺度的生成机制进行了分析讨论,得到了一些有意义的结论。      

基本气流和大地形对于正压波动的作用

本文利用能量变化的观点,分析了正压波动发展的机制。结果表明,大地形的作用只能影响涡度拟能的变化,而不能直接影响动能。但基本气流的特征,对于动能与涡度拟能都起一定的作用。如果基本气流是均匀的而且地形的影响可略,则平均动能和涡度拟能都是守恒的,也就是说,这些量都是有界的。但是在切变气流或者波状基本气流中,波动的发展与基本气流的特征以及波动本身的结构具有非常密切的关系。在一般情况下,动能与涡度拟能就不再是守恒的。在本文中,还对某些简单地形作了分析与讨论。     

夏季风时期南海扰动对大气热量、动量的调整

本文计算了1981年7月到9月南海区域的热量、动量收支,分析了扰动活跃期的运动场特征,讨论了次网格扰动对大尺度热量场和动量场的再分配作用。结果表明,扰动对大尺度场有两方面的贡献。一方面是释放凝结潜热,引起热成风调整,产生更有利于扰动发展的环境场,这是一个正反馈过程。另一方面是扰动对动量场的耗散作用,使运动场均匀化,破坏了扰动赖以存在的环境条件,构成负反馈过程。当正反馈过程占优势时,扰动发展;反之,当负反馈过程占优势时,扰动将消亡。      

波与基流相互作用下的对称不稳定中尺度环流的发展

通过建立包含扰动和基流方程组的数值模式，全面讨论了扰动与对称不稳定纬向基流的相互作用。研究表明：扰动与基流的相互作用表现为以下两个方面：(1)扰动改变了基流，而改变了的基流又对扰动有反馈作用；(2)扰动的平均输送同时也改变扰动自身的结构，从而影响扰动的发展。由对称不稳定基流激发的扰动倾斜环流使基流环境场发生的改变不利于对称不稳定的进一步发展；而由扰动的平均输送所产生的影响则有利于对称不稳定的进一步发展，并且后者的作用强于前者。     

斜压大气中基本气流与扰动的若干制约过程

将涡度方程及绝热方程分离变量,化成非线性常微分方程组,以Runge-Kutta法在电子计算机上进行数值积分。从所得的结果中看出:基本气流与扰动是相互制约的,基本气流的变化有准周期性,具有10—13天不等的周期,在各个循环中,基本气流增长及减弱的速率也很不一样。波数为6的扰动,变化周期为11—13天,振幅变化近于正弦曲线;波数为4的扰动,其振幅变化较复杂;波数为2的扰动,变化周期为3天。波数为6的扰动,上下层同时发展或同时阻尼,但波数为4及2的扰动,上下层的变化趋势刚好相反。 最后从所得的结果中看到:对于非线性方程,如果初值不同,那么解的平均周期也不同。     

非纬向基本气流的斜压不稳定

本文用分层两层模式研究了在一般非纬向基本气流情况下的斜压不稳定。通过比较分析,给出了基本气流对斜压不稳定的影响,结果表明,在非纬向基本气流情况下,更有利于出现斜压不稳定。 将非纬向基本气流的斜压不稳定理论用于高纬度地区的大气运动,说明了高纬度地区常见的小扰动强烈发展,是切变基本气流所驱动的一种“涡旋波”的斜压不稳定。     

论层结和风场对小尺度扰动发展的非线性影响

本文考虑了小尺度扰动发展时,扰动场和平均场(环境)间的非线性相互作用后,分析了大气层结和盛行风对扰动发展的影响。分析结果指出,在层结是中性或不稳定分布时,扰动总能够得到发展;在稳定层结的情况下,只要某一临界条件满足,扰动也能发展。一般来说,盛行风将抑制扰动的发展;但对某些类型的风速廓线,盛行风对扰动的发展也能起到积极的作用。     

最敏感扰动的演变与夏季乌拉尔地区的持续性异常环流

通过数值实验对初始扰动不稳定发展建立异常环流型的过程进行了分析。选择了东亚夏季风异常的１９９１年和１９８５年两个典型年份的平均环流作为基流,以共轭敏感性分析得到的最敏感扰动作为初始扰动,分析其在不同的环流背景下的发展情况。结果说明,１９９１年欧亚地区的基流不稳定性较强,且初始扰动结构有利扰动发展,因而通过能量频散在乌拉尔地区激发扰动并强烈发展,建立起阻塞形势。而１９８５年的扰动在乌拉尔地区形成正涡度距平,不利于阻高的建立。从而导致１９９１年和１９８５年夏季乌拉尔地区几乎相反的异常环流。一系列对比实验说明,异常环流型的建立,不仅依靠能量的频散,更依靠扰动通过正压不稳定过程从基流吸收能量而发展。它既有赖于基流自身的不稳定,又取决于初始扰动的结构以及相对于基流的位置。基流选择了具有特定结构的初始扰动型,只要在有利位置上给予扰动,就能够激发出扰动波列,建立强的持续异常环流型。不论初始波列的位相在一定范围内如何改变,扰动总是倾向于在基流的特定不稳定区域发展。     

10-12月低纬度东南亚和西太平洋上空流场特征

根据1958—1959年资料,初冬西太平洋低纬度流场可分为两种流型,即浅薄副热带高压型与深厚副热带高压型。前者在高纬度为低西风指数型,副热带急流的配置与平均情况一致在近赤道地区对流层下层有不剧烈发展的东风波。后者在高纬为高西风指数型,副热带急流的配置与平均情况反位相,近赤道地区对流层下层有赤道西风,在赤道辐合带上井有台风发生,两者间有一个月上下的准周期变化。