地形对于气流运动影响的数值研究

建立了二维、非静力平衡的数值模式，研究地形对上游气流的阻挡以及大振幅背风波谷与下坡风的形成。结果表明：地形的阻挡效应受地形高度、大气层结及地形非对称性等因子的影响。数值试验与理论分析都证明地形越高、层结越稳定时阻挡作用越强；同样条件下，迎风坡坡度大的地形容易对气流形成阻挡。此外，分析了地形高度、大气层结、地形非对称性以及基本入流大小对背风波谷及下坡风强度影响的规律，并通过一次实际观测对数值模拟结果进行了检验。     

一个双波地形重力波拖曳参数化方案

当地形次尺度强迫的作用与显式的经典动力作用效应相当时,地形重力波拖曳力对于环流的维持,以及动量和热量通量输送的动力效应变得十分显著。这种地形次尺度拖曳作用项可通过参数化的方法,在动力方程中加入额外的小项而引入数值模式。目前成熟的地形重力波拖曳参数化方法,如第1代基于线性单波理论的参数化方案;以及侧重考虑了临界层作用等因素对拖曳力的额外贡献的第2代参数化方案,都无法有效表达风速垂直变化引起的波动应力随高度变化的特征。基于上述考虑,本文给出了一个双波参数化方案用于计算地形重力波拖曳中由线性自由传播重力波造成的波动应力的垂直分布。通过二阶WKB近似,它对由风速垂直变化引起的对波动应力的选择性临界层吸收过程和经典的临界层吸收过程做了显式处理;而在不发生临界层吸收现象的地区,则用两个单波同时在垂直方向上进行应力的传播,并利用波饱和标准进行应力耗散。进一步地在真实地形(以大别山地区为个例)条件下的测试结果表明,通过在不同理想风速廓线以及北半球冬季中纬度纬向平均风廓线下对波动应力垂直分布的计算,证明该方案确实能有效地给出应力随高度变化的特征。     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究II:暖锋、均匀地转流

利用一个有地形、边界层摩擦作用、简化的二层浅水锋面模型,在理论上研究了地形上空边界层流动中地面暖锋的结构及环流分布特征问题.暖锋的坡度主要取决于其暖域地转流、锋面移速,它随锋面移速增大而减小,这与冷锋特征相反.地形对暖锋坡度的影响作用较小.与无地形作用时相比,静止性暖锋冷域中,位于锋面界面附近的闭合正环流系,当暖锋位于地形上游,其伸展范围增大;当暖锋位于迎风坡时,其伸展范围缩小,中心位置上抬;锋面移至背风坡时,其伸展范围重新增大.对于冷域中远离地面暖锋的另一支正环流系来说,当暖锋位于地形上游或迎风坡时,它可被地形完全阻塞于背风侧,地形高度越高,地形阻塞作用越大.在暖锋锋区附近主要存在三支垂直上升运动带:(a)由于边界层摩擦辐合作用,导致在地面暖锋后缘暖区中形成一支水平尺度较小、强度较大的垂直运动带,它随着暖锋移速增大而减弱.该垂直运动带,当暖锋位于地形迎风侧,强度增加;暖锋位于地形背风侧,其强度减弱.(b)在锋区暖域沿锋面存在均匀的上升运动,(c)在冷域远离地面暖锋处,存在一支水平范围较宽,其中心位于边界层顶部附近的垂直运动带,当暖锋位于迎风坡时,这支垂直运动带可被地形阻塞于地形背风侧.     

EKMAN PUMPING OVER MOUNTAINS

The analytical results of the previous paper(Wu,1989)are used to study the properties of vertical veloc-ity distribution at the top of the boundary layer.The relative position of a jet like geostrophic flow and el-lipse-shaped orography will affect the characteristic feature of vertical motion at the top of the boundary layerwhen the contributions of friction and orography are taken into consideration simultaneously.     

论大气中的多时态特征与准地转运动

利用大气中的多时态概念,对准地转运动的物理过程与特征进行了分析与研究,指出由于运动的水平尺度不同,准地转运动的特点也就不同,特别是当水平尺度L小于某一特征长度尺度L_c时,层结大气的准地转运动还具有多时态特点的一类运动。大气中的多时态现象的出现是有条件的,本文中,对这些条件及其物理意义进行了分析与讨论。     

适用于数值预告及客观分析的平滑算子的研究

通常的过滤二格距波长波动的平滑算子具有以下几个缺点,(1)进行一次平滑运算则能使除二格距波动以外的波动强度有不同程度的削弱,对于中短波而言,影响更大.(2)如果要减低波动强度削弱的程度,可以利用多点平滑算子,但这将引入边界如何处理的麻烦,而且边界误差将传入域内.(3)利用平滑后的物理量来计算差分,则有较未经平滑的差分为大的截断误差.本文就是为了克服上述缺点而设计了一个简便的平滑算子,并给出了数值例子,证明它是有一定成效的。     

旋转大气中运动的多时态特征和时间边界层

一、引言 众所周知,旋转大气中的运动,存在两个在时间尺度和动力学特征上都有明显差别的过程,即适应过程和发展过程。最近,叶笃正、李麦村等进一步指出:在发展过程中,大气运动还具有迅速变化和缓慢变化的两个阶段,对于这种发展过程中的双时态特征,巢纪平从物理上作了进一步的解释。因此,联合适应过程与发展过程,运动至少存在三个时态,事实上,这种多时态特征是旋转流体中运动的一种固有现象,在本文中,我们将对此作进一步的分析与讨论。     

重力流冷锋及其受地形的影响

建立了一个二维非静力平衡模式，通过坐标变换的方法使得模式低层有较高的分辨率。对重力流的模拟结果显示；本模式模拟出的重力流冷锋主要特征，如抬高的头部、头部较强的上升运动以及等位温线密集带与实际大气观测很一致。此外，模式还成功地模拟出了重力流头部后面底层的高速潜流层。应用模拟结果与理论结果对重力流的移动速度进行了对比分析。当考虑地形时，重力流在山前受阻，其头部比不考虑地形时高，且产生了向上游传播的“涌浪”；重力流过山后其头部降低，位温梯度减弱，头部后面的水平速度减小。此外，还对非静力平衡与静力平衡条件下重力流的差异进行了分析讨论。     

CISK理论中的若干问题

在本文中,对Charney与Eliassen等人所提出的CISK理论所包含的低层风速不随高度变化的假定作了分析与改进,并讨论了它对结果的影响.     

SOME ASPECTS ON CISK THEORY

A great deal of work has been done to perfect the theory first proposed by Charney and Eliassen.In this paper.we reexamine the theory and find out that the observational evidence does not support theirassumption that the wind velocity in the lower layet does not change with height.An improved assump-tion based on the observation is proposed and its influence on the results of CISK theory such as stabilityand catastrophic feature is discussed.