大气中的Lagrange函数,Hamilton原理和Ertel位涡守恒

本文根据Lagrange质点理论,在引入Lagrange函数的基础上,应用Hamilton原理,导出了等熵大气运动中的Ertel位涡守恒定理。     

热带季节内振荡与北大西洋涛动年际变化的关系

运用K均值聚类法将冬季北大西洋及欧洲地区的天气流型分为4种不同的流型。研究了不同阶段8种不同位相的热带季节内振荡（MJO）与这4种流型的年际变化的关系。通过一系列的对比试验发现,K均值聚类法划分得到的不同位相的北大西洋涛动（NAO）的天数能很好地反映NAO指数;无论是在1978～1990年（简称为P1阶段）还是在1991～2010年（简称为P2阶段）,MJO第3（6）位相影响NAO正（负）位相;但在P1阶段存在NAO的位相转换,当MJO处于第1位相时,NAO由弱的负位相转换为正位相,当MJO处于第6位相时, NAO由正位相转换为负位相;而在P2阶段NAO并没有明显的位相转换,当MJO处于第1位相时,NAO由偶极子结构转换为波列结构。     

正压波和斜压波的三波共振与低频振荡

通过引进δ＝Ｈ＿１／Ｈ＿２参数，对两层模式中的正压波和斜压波（考虑了层结作用）的三波共振进行了研究，结果表明：δ叁数对三波共振条件有很大的影响；并进一步讨论了在一定初始振幅的条件下，δ参数和非线性强度对三波共振周期的影响；指出：在一定的初始振佰、δ参戮和非线性强度的条件下，大气中可以形成６０天以上的甚低频振荡及３０～６０天和准两周的低须振荡。     

大气中的广义Clebsch变换和位涡、螺旋性守恒定理

本文通过使用Lagrange函数，导出了旋转大气中的广义Clebsch变换，并用广义的Clebsch变换求出了大气中的位涡和螺旋性守恒定理，然后再用Hamilton原理进一步讨论了大气中的位涡守恒定理，其结果是非常有意义的。     

大气中的Hamilton函数的构造和Lyspounov稳定性

本文对大气中的地转和非地转运动的Hamilton函数进行了构造,在此基础上得到了一个Lyapounov函数的不变量,同时我们还用Lyapounov函数的二阶变分找出了大气运动的稳定性判据。     

Lagrange变分和大气中惯性重力内波的稳定性

本文利用Lagrange变分导出了惯性重力内波的波作用量方程,这种方程与用KWB方法所得到的惯性重力内波的波作用量方程在形式上有所不同,但所得到的结果却与观测事实是一致的。     

行星尺度阻塞波和天气尺度波相互作用的数值模拟

用数值方法研究了行星尺度阻塞波和天气尺度波之间的相互作用,得到在涡源强迫下,当不存在地形时,大尺度流场可发展成偶极型阻塞,瞬时流场分裂成南北对称的2支,总流场可以看到明显的多涡结构;加上双波地形后,大尺度流场发展成Ω型阻塞,瞬时流场同样分裂成2支,但北支要明显强于南支.而且通过一系列对比试验发现,适当的弱的基本西风气流是阻塞发生的有利条件.此外,讨论了初始阻塞和造波器（扰动源）位置的配置,以及造波器关闭时间的不同对阻塞强度和生命周期的可能影响.     

准地转大洋风生环流的格子Boltzmann数值模拟

建立了求解准地转相当正压涡度方程的格子Boltzmann (LB)模型. 该模型将准地转相当正压涡度方程作为一个平流-扩散-反应方程来加以处理,在整体二阶精度下,通过Chapman_Enskog多尺度分析法,可将格子Boltzmann方程还原到相当正压涡度方程. 在不同Reynolds数、不同边界条件以及不同风应力驱动下的数值解表明,该模型正确反映了风生环流的基本结构和不同边界的耗散特征,并得到风生环流的多平衡态解等非线性特征. 此外,不同Rossby变形半径下的实验证明,小Rossby变形半径更容易激发环流的非线性模态. 通过与同等类型有限差方案的比较,表明本文的LB模型具有稳定性好、精度高等优点.     

冬季北美大西洋地区温带气旋的活动特征及与NAO的关系

基于气旋识别追踪算方法和ERA-Interim再分析数据,提取获得了北美北大西洋地区(20°N-80°N,130°W-0°W)1979-2012年冬季的温带气旋数据集。经统计分析表明,温带气旋的生成源地和活动范围有向西南方向漂移的趋势,且温带气旋生成源地的平均纬向、经向位置,以及其活动范围的平均经向位置与冬季NAO指数具有显著相关性。通过进一步合成分析发现,冬季NAO正位相事件期间700 h Pa强斜压性区域较负位相事件期间偏北、偏东,这在一定程度上解释了不同位相事件期间温带气旋生成源地的分布差异。NAO正位相事件期间500 h Pa的西风带位置较负位相事件期间偏北则是NAO正位相事件期间温带气旋活动范围偏北的原因。而冬季NAO正(负)位相显示出减少(增加)的趋势,进而导致了研究区域内温带气旋的生成源地向西南偏移,活动范围向南偏移。     

阻塞流场与瞬变涡动相互作用的动力学研究

借助于一个β通道正压模型,模拟了瞬变天气尺度扰动与大尺度阻塞流场相互作用,以及所形成的"Ω"型阻塞对风暴轴地带瞬变扰动涡列移动路径的影响,并用描述局地能量变化率的方程分析了能量收支情况的细致结构.结果表明,瞬变扰动在其与背景流场的相互作用过程中,在阻塞发展阶段,阻塞受到瞬变扰动涡的涡度和能量强迫,背景流场增强发展成为阻塞系统.对两种不同的阻塞流场背景下瞬变扰动能量变化的分析表明:在阻塞区扰动瞬变涡失去能量,在南北边缘瞬变扰动的能量变化趋势表现为沿着阻塞外围向下游传播的特征并从背景流场得到能量,从而瞬变涡动由源区的一列分裂为绕行于阻塞外围的两列.在两种不同背景阻塞流场结构下瞬变涡动的移动路径表现出不同的分布特征:当偶极子型阻塞作为背景流场时,瞬变涡动的移动路径呈南北对称分布于阻塞区的外缘;当瞬变涡的背景流场为"Ω"型阻塞时,瞬变扰动带受到"Ω"型阻塞流场结构的影响,表现出北支强南支弱的特征.这些结果与实际观测一致.