Ekman边界层动力学的理论研究

大气边界层及其与自由大气之间的相互作用具有明显的非线性特征,而这些特征是经典Ekman理论所不能描述的,因此,发展中等复杂程度(介于完全模式与经典Ekman模型之间)的大气边界层动力学模式,简称中间模式,对人们从理论上认识大气边界层动力学过程的非线性特征具有重要意义。本文对目前最具代表性的几个中间边界层模型:地转动量近似边界层模型、Ekman动量近似边界层模型以及弱非线性边界层模型进行了总结和分析,阐述了Ekman层主要动力学特征。通过分析上述各模型的理论框架,揭示了各模型的物理意义及其在描述Ekman边界层基本动力特征上的优点和局限性,并指出尽管在细节定量描述上有差异,但各中间模型对Ekman层动力学特征的定性描述具有很好的一致性。对于这些Ekman边界层近似理论模型的进一步应用问题,主要回顾和总结了利用上述模型探讨地形边界层结构、大气锋生过程、低层锋面结构和环流以及边界层日变化、低空急流形成等动力学问题的研究,并对这些研究所揭示的Ekman层动力学特征及其对自由大气低层运动的影响进行了分析,结果表明,这些Ekman边界层近似模型可以较好地揭示大气边界层动力学特征,在大气边界层动力学及其与自由大气相互作用的研究上具有重要价值。另外,还对目前Ekman边界层理论研究中存在的问题进行了一些分析,提出了有待进一步研究的科学问题。     

大气动力学的一些问题

大气动力学的基本问题,也是自然流体力学中的一些基本问题.大气运动是极其多种多样的.在时、空尺度上以及在形态和性质上都有很大差别.大体上说可以分为全球规模的和行星尺度的运动——即所谓大气环流、大尺度天气系统、涡旋、波动、对流以及边界层湍流.我们这里只讲关于前三者的一些问题. 一、大气环流和大尺度运动的动力学 1.在引力和旋转力场中流体运动的一般特点简言之,大气运动是由地球吸收太阳辐射能所推动的.然而它又是在地球重力场和旋转力场作用之下.     

平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用的研究:进展与问题

本文综述了近年来关于平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用动力过程的研究进展,特别是回顾了近年来关于平流层大气环流和行星波动力学、热带平流层大气波动及其与基本气流相互作用、平流层大气环流变异对对流层环流和气候变异的影响及其动力过程、平流层大气数值模拟以及在全球变暖背景下平流层大气的长期演变趋势预估等的研究进展。最近的研究揭示了大气准定常行星波传播波导的振荡现象、重力波在热带平流层准两年振荡和全球物质输送中的作用、平流层长期的变冷趋势变化、平流层在对流层天气和气候变化中的作用等现象,表明了平流层大气动力学研究的重要性。平流层大气动力学的深入研究,以及对数值模式中平流层模拟性能的提高,最终都会推动整个大气科学和气候变化研究的进一步发展。     

热带大气动力学研究进展

自80年代以来,热带大气动力学的研究继60年代之后又掀起了一个高潮,国内外科学家进行了一系列研究工作,近四年来成果十分喜人,如果我们把60年代的工作看成是热带大气动力学的奠基,因为当时的三个主要工作(第二类条件不稳定理论,热带大气波动和积云对流参数化理论)都是热带大气运动的最基本理论,那么80年代的研究则是在上述基本理论基础上,联系大气环流和气候变化问题,进行深入的探讨,为大气环流的一些异常变化提出新的理论。      

中尺度对流系统演变中的一些非平衡动力学问题

深厚湿对流运动发展机制包含湿大气的对称不稳定(MSI和CSI)及锋面环流．它们需要的基本条件是不稳定、水汽和抬升，这些机理在动力学中是有联系和区别的，即虽然都是与基流平衡状态被破坏后引起的中尺度环流有关，但是扰动流非平衡运动是不同的。本文综合概述了有关平衡动力学的研究进展，提出了中尺度对流系统演变中的一些非平衡动力学主要问题，并评述了一些研究的方法及主要结论和尚需进一步探索的方面．以加深对不同机制下深对流运动的认识。     

新书架上

《动力气象学引论》(美)J.R.霍尔顿著,中国人民解放军空军气象学院训练部译,1980年科学出版社出版,329页。本书简明地叙述了大气动力学基本原理,着重介绍了近代动力气象学中所研究的一些主要问题,并以准地转理论将大气大尺度运动贯串起来加以统一地阐述。全书共分12章:绪论、动量方程、水平运动方程     

第十三讲 热带大气动力学基础

在第一讲里已指出,热带大气动力学的研究是一项极为重要的课题。这不仅因为热带大气的运动与中高纬度地区的大气运动相比有着许多不同的特点,而且在所谓的大气“热机”中,驱动大气热机的太阳辐射能大部分为热带地区的地球大气所吸收,以后通过大气运动才由热带将能量输送给中高纬度地区,因而热带是大气热量、动量和水汽的源。因此,热带大气动力学的研究对揭露全球大气运动的规律也有重要的意义。热带大气动力学的内容极其广泛,这里只能就其基本部分作简单介绍。     

中高纬度大气低频模态研究进展

大气低频模态是导致中高纬地区季节及气候变化的主要因素,加强低频模态动力机制的认识对于提高短期气候预测水平具有十分重要的科研意义和应用价值。由于中高纬大气低频环流本身的复杂性,关于其动力机制的研究仍然是大气动力学中重点难点问题。本文简单回顾了激发维持低频模态的前两种机制,即:外源强迫、气流的纬向非均匀性对大气低频模态的影响。从观测事实和模式结果出发,着重介绍了瞬变波与基本气流相互作用激发维持低频模态的第三种机制,且详细阐述了线性假设条件下,瞬变波与基本气流相互作用的动力机制。本文最后针对瞬变波与基本气流相互作用研究中一些尚未解决的问题进行了讨论。     

大尺度大气运动的动力学

1.引言动力气象学是研究同天气和气候有关的大气运动的学科,但动力气象学家惯于强调天气尺度和行星尺度的运动。在过去四年中,有关天气尺度和行星尺度运动的动力学已取得许多令人鼓舞的成果,其中许多与大气运动短期变化的各种形态有关,而这些短期变化可以由内因引起,也可以由外因造成。若干研究已超越了传统的扰动处理方法,在那种传统处理中,扰动被假定为叠加在一种纬向对称的基本状态上。目前,关于准静止纬向非对称气流的动力学,以及关于这种气流对瞬时环流的控制作用的认识,已有了重大的进步。在这篇评述中,将重点介绍研究对流层中天气     

大气随机动力学与可预报性

偶然性与必然性过程及其相互转化是世界事物变化复杂性的根源。根据布朗运动统计理论,提出了分子热运动是不稳定流体中湍流形成之源,由此形成不同宏观尺度的随机运动是大气运动固有的属性。观测事实表明,太阳辐射作为决定大气运动与变化的主要因子,它的变化具有随机性,是大气的随机强迫因子,它对气候变化具有决定性影响。地-气相互作用是一个时变的非线性相互反馈的耦合过程,形成了下边界对大气复杂的随机强迫作用,其界面交换耦合随机动力学模式尚待建立。由于大气过程固有的随机性以及随机的外强迫耦合作用,大气确定性预报的时效是有界的,它决定于预报对象的不确定性及其空间尺度与时间尺度,以及预报时效内的大气不确定性。由此,客观存在着大气过程的报不准关系。     

平流层大气环流的典型系统及变化特征综述

随着大气探测技术以及计算机性能的不断提高,近年来平流层探测数据日渐丰富,中层大气模式也得到了快速发展,平流层中一些重要的物理、化学以及动力过程得以深入研究,对平流层大气环流的认识也进一步加深。本文分析了平流层准2 a振荡（Quasi-Biennial Oscillation,QBO）、平流层残余（Brewer-Dobson,BD）环流和平流层极地环流等主要的平流层大气环流系统和信号的气候态特征、形成机制、年际变率以及长期趋势等,阐述了它们的主要影响因子和过程,讨论并展望了与平流层环流有关的一些主要科学问题。     

书刊消息

该书由叶笃正、李崇银、王必魁编著,预计1988年7月出版。每本定价6.00元。 该书全面系统地论述了动力气象学的基本内容。对地球大气的基本性质、大气运动方程组、大气波动、不稳定理论、适应理论和大气环流及理论等,都作了深入讨论。对热带大气动力学、平流层     

斜压大气纬圈平均运动特征的振动

本文是纬圈平均大气运动特征的振动文的推广,以同样的观点和方法,用简单的两层模式处理大气的斜压性,并考虑了简单的辐射过程,得出了500毫巴面纬圈平均温度和一些纬圈平均运动特征、以及纬圈平均经圈环流的中期振动。 本文的主要科学目的除了探寻以线性理论处理极端复杂和高度非线性的大气中期运动过程的可能性和限度外,还希望探寻用准涡旋运动等近似观点讨论某些大气环流基本问题的可能性。     

正压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式

应用描写正压大气运动的基本方程组，分析了中尺度大气运动的物理特征，指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础，因此，结合中尺度大气运动的基本特征，依据严格的尺度分析理论和摄动理论，简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征，对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到的半平衡和准平衡动力学模式分别与半地转和准地转模式极为相似，它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征，因而，可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究，结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制，其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写，获得了较为理想的结果。     

大气中的适应过程和发展过程(一)——物理分析和线性理論

适应过程和发展过程是大气运动的两种基本动力过程。在一般情况下,大气运动基本上是处于地轉平衡的,但同时也存在着沿某一比較規律的方向演变的过程——发展过程;而发展过程却正是通过地轉平衡的不断破坏来实現的(在完全的地轉平衡条件下,大气的运动是常定的).这就說明大气运动中存在着地轉适应过程和地轉平衡不断遭到破坏的內部机制。但在过去,地轉适应过程是用线性理論研究的,它給出了适应过程而得不到发展过程(場趋向于常定状态);而发展过程却是考虑了場的非綫性而借助于諸簡化模式忽略了适应过程来研究的。要全面揭露这种內部机制,看来,我們必須应用非线性的完整的动力学和热力学方程組.完整的方程式組也应該能够揭露出大气运动的准地轉性,亦即在通解中应該作为主要部分而区分出地轉部分来.同时我們还可以研究大尺度的准无水平輻散运动(准地轉运动)部分与非地轉部分的相互作用問題,并确定諸簡化模式的适用程度。 本文就是用非线性的完整方程式組来研究上述諸問題。     

纬圈平均大气运动特征的振动

本文考虑高度非线性的大气中期运动是一种准涡旋运动,引用了准涡旋观点和方法来处理二维无辐散和三维运动方程,即在开始时保留涡旋项,而在对方程进行纬圈平均后,去掉一些涡旋项,得到了某些大气运动特征如西风指数、纬向动量和涡度的经向输送的纬圈平均值等的变化或摆动的振动方程,并求出谐波解。振动周期决定于经向动能二倍的纬圈平均值的平方根(v~2)~(1/2)。基本周期约二十天左右。 所得结果可能对极端复杂的大气运动总有出现中期振动的趋势和精致设计的圆盘模拟实验出现摆动的事实,提供某种程度的动力学解释,同时也可能对中期预报的实践提供一些依据。 本文的主要科学目的,是想指出对极端复杂的大气中期过程还是可能用线性理论来研究其某些特征的。     

全球大气成分和气候变化的辐射动力-光化学模拟研究

本文简要讨论下列各类大气过程:辐射、动力和光化学过程的数学模式,这些过程构成全球气候及其大气成分的组成。我们主要应用参数化的一维和二维辐射-光化学模式来模拟这些过程的相互作用,并开始用大型的光化学也占一席之地的三维大气环流模式模拟它们的相互作用。文中描述了包括固定的物质输送以及由于大气运动引起的交互作用的物质输送的平流层辐射-光化学模式的基本组成部分,以及它们对外参数的敏感性。根据最近政府间气候变化专业委员会(IPCC)有关释放到大气中的温室和光化学活性气体的方案,估算了直到2100年的全球大气气体成分、温度和湿度的可能变化。最后本文评价未来必要研究的方向。     

边界层湍流输送的若干问题和大气线性热力学

总结了大气线性热力学基本理论,讨论了大气边界层的能量和物质输送交叉耦合效应,还讨论了大气系统动力过程和热力过程的交叉耦合效应。分析指出：由于动力过程和热力过程的交叉耦合效应,导致大气边界层能量和物质输送过程除了湍流输送外,还应包括大气辐散和辐合运动对能量和物质的输送。非均匀下垫面大气边界层和对流边界层辐散和辐合运动对能量和物质输送是重要的。在这个基础上,讨论了非均匀下垫面和对流边界层地表能量的平衡问题,非均匀下垫面和对流边界层陆面过程边界层参数化等问题。这些研究不仅丰富了大气边界层物理理论,而且为克服当前大气边界层物理应用中所遇到的困难提供了理论依据。     

有利于低空急流形成的某些物理因子的分析

从基本的热力学和动力学方程出发，动力因子和热力因子兼顾，高低空结合，对低空急流形成的某些物理因子进行了比较全面的分析，得知，低空急流的形成是反映非地转运动、动力因子及热力因子综合作用的结果，通过实例应用，效果较好。     

准地转理论基本问题回顾与讨论

准地转理论是大气动力学的中心问题之一,它提供了从大气动力学基本原理入手分析大尺度天气系统演变的方法。准地转理论有助于预报员理解中高纬度大尺度天气系统的三维结构,分析、预报天气系统的发展和移动,因此被称为短期天气预报的理论基础。准地转理论具有完整的理论体系,它包含了较多的基本假定,故容易导致对其中的一些基本问题的理解有混淆。本文从基础的动力学知识出发,对准地转理论的基本概念、基本近似、核心理论及其在实际天气预报过程中的应用作了回顾和讨论。内容包括:准地转运动与准地转近似定义、准地转运动理论的范畴、天气图上的大尺度运动、准地转运动理论与短期天气预报的关系、由斜压二层模式下的准地转理论对高空槽脊和地面气旋发展与移动的判断等。