大地形对正压扰动演变影响

本文着重研究大地形对正压大气迭加在非均匀纬向基本气流上挑动演变的影响。用WKBJ方法推导了正压扰动的频率和频散关系以及波作用量所满足的方程。当基本流场定常且存在无限长的东西向山脉时,则有波作用量守恒。据此,获得了正压不稳定的必要条件:即在所考察的平面域内至少在某点或某些点上含地形效应的某一物理量等于零,扰动就可能得到发展。对波包动能的倚时变化的讨论得知,在无摩擦正压纬向非均匀基流的情形,地形对扰动动能并无直接影响,即导波和曳波分别在西风急流的南侧和北侧得到加强,并分别在西风急流的北侧和南侧强度减弱。扰动的发展由扰动的结构所决定。导波和曳波的波长缩短总伴同其轴线倾向于东西向相联系,而它们的波长伸长总是与其轴线倾向于南北向同时发生。还指出,正压扰动的加强(或减弱)与波长的伸长(或缩短)不是必然的联系,它的成立是有条件的。     

地形坡度对斜压大气扰动的影响

本文推导出σ坐标系斜压大气的准地转位涡方程，该方程形式与Ｐ坐标系的准地转位涡方程非常相似，但本质不同，本文还用ＷＫＢ方法讨论了大地形坡度对斜压大气扰动发展的影响。指出：东西走向山脉的南坡有利于低层大气槽线呈西北－东南向的扰动发展，也有利于高层大气槽线呈东北－西南向的扰动发展     

正压海洋地形拦截波的不稳定

从描述f平面上的正压地形拦截波的非线性动力方程出发,利用常微分方程定性理论研究了海底地形坡度和海底摩擦对线性和非线性地形拦截波的动力不稳定性的影响,分析了不稳定的性质,找出了不稳定的判据。还在特定的海底地形坡度和海底摩擦条件下,建立了线性和非线性波的频散关系,并比较了两者的差别。     

地形对陆架拦截波性质及机制的影响

陆架波的性质如频散关系、形成机制等受地形影响。研究地形对陆架波的性质影响具有重要意义。基于陆架拦截波理论,数值计算了分段线性地形下不同宽度陆架上陆架拦截波的频散关系、长波假设下波动的相速度、阻尼情况下的波动耗散率以及强迫波的外力影响因子。分析了陆架宽度及坡度对自由及强迫陆架拦截波性质的影响。陆架宽度影响陆架拦截波的频散关系。陆架变宽,使得长波频散曲线的斜率增大。陆架宽度的增加使第一模态陆架拦截波有明显的性质变化:相速度增大,波动受辐散影响的程度变大,摩擦衰减距离增大,且风应力旋度在波动的生成机制中起到的作用渐强。在宽的陆架上,研究陆架拦截波的生成及强迫波的振幅时,应充分考虑风应力旋度的作用。第二、三模态波动的相速度受陆架坡度的影响较大,但摩擦衰减距离基本都在200km左右,几乎不随陆架宽度改变,属于局地波。     

地形与流对水平无旋浅水波的影响

本文在水平无旋及Boussinesq假设之下,导出了水面变化与水平速度场耦合方程组,以及相应的压力与垂向速度解析表示式。通过数值方法求得水面变化及某一特定水深的水平速度分布之后,压力分布及其余水深的速度分布即可由简单计算得到。由色散关系式可知,不同水深的长波色散关系在O(ε)近似之下是等同的。粘性的存在会使波高随时间的增加而衰减,但粘性与底斜率的耦合又可能使波高增长,形成不稳定;计算及分析说明,当同向流增大时,波速增大,波长增大,波高会增加;而水深减少,使波速减少,波长缩短,振幅增加。     

地形和风速影响下的海气相互作用大涡模拟研究

当水流经过海洋地形时,水流的不稳定性会引起垂向混合并伴随大量湍流过程。针对传统海气耦合模式缺少在湍流尺度上讨论海洋地形与风速对海气相互作用影响的问题,使用并行大涡模拟海气耦合模式(the parallelized large eddy simulation model, PALM)在5 m/s的背景风场下,引入理想立方体地形,对比有无地形的影响;设置地形边长为L,高为3L (其中大气部分高L), L与水深H之比为L/H=1/2;然后保持地形条件不变。设置5、10和15 m/s三种风速,讨论风速对小尺度海气相互作用的影响。研究表明:地形在大气部分减弱顺风向速度,增强侧风向速度,影响0～5L的高度区域,而对垂向作用较小;无地形条件下湍流垂向涡黏系数K_m在-0.3L时,水深达到最大值0.024 m²/s,有地形条件下K_m在-0.8L时,达到最大值为0.16 m²/s,地形的存在使得上层海洋混合加强, K_m最大值增加1个数量级。随风速增大海洋和大气中的净热通量、淡水通量和浮力通量都相应...     

泥沙粒径组成的不均匀性对海岸地形演变的影响

海岸的泥沙输沙模式决定着海岸地形的演变特征,不同的输沙模式会导致形成横向和倾斜沙坝、裂流沟槽等不同的地貌特征。本研究提出了一种考虑泥沙分布不均匀性的新输沙率公式,该公式包含了反映泥沙粒径不均匀性的概率加权和考虑泥沙颗粒遮蔽效应的加权。该公式所给出的载沙量与传统输沙率公式的对比表明,相同中值粒径下,二者有明显差异。将该输沙率公式应用于地形线性不稳定分析,所得到的地形不稳定性增长率不同于假定泥沙为均匀的结果,对应的地形变形波长也有所差别。     

渤海主要分潮的模拟及地形演变对潮波影响的数值研究

基于FVCOM数值模式,利用1972年和2002年水深岸线数据,分别对渤海主要潮波系统进行模拟,研究了水深岸线变化对渤海主要分潮的影响。结果表明渤海地形演变会引起各分潮无潮点位置移动和振幅的改变,其中M2、S2分潮黄河口附近无潮点位置向东北方向迁移20km以上,且渤海湾湾顶振幅减弱,莱州湾内振幅增强;K1、O1分潮位于渤海海峡附近的无潮点亦向东北方向偏移,移动距离为10km左右,且渤海湾湾顶振幅明显减弱。在此基础上,本文通过敏感性数值实验,对导致黄河口外M2分潮无潮点位置移动的主要因素进行了初步分析。结果显示,在岸线不变的情况下,水深变化导致无潮点向东北方向迁移;而岸线变化导致无潮点向东南方向迁移。     

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影响——Ⅰ.简单海气耦合模式的建立(英文)

试图建立一个简单海气耦合模式,其中大气垂直分为两层,为－β平面近似线性模式。在非绝热加热项中包含了对流凝结潜热与大尺度流场之间相互作用的ＣＩＳＫ机制以及蒸发、感热与扰动风场之间的反馈机制,并考虑了东风区与西风区的不同。由于只研究大气的平均纬向运动,故模式大气中仅含有Ｋｅｌｖｉｎ波。海洋模式为一约化重力模式,只保留了Ｒｏｓｓｂｙ波。对这一海气耦合模式进行特征波动分析,发现考虑海气耦合效应并不影响大气波动的性质,在东风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波仍然增幅和东传;在西风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波振幅衰减。但海气耦合效应却使得大气Ｋｅｌｖｉｎ波的传播速度减慢,周期增大。当考虑海气耦合效应时,海洋Ｒｏｓｓｂｙ波的稳定性质发生变化,由原来的中性波动变为非中性波动。在西风区,波数小于某临界波数的长Ｒｏｓｓｂｙ波振幅增大,而短的Ｒｏｓｓｂｙ波振幅衰减。在东风区结论相反。对海气耦合模式中波动的分析,为数值模拟西太平洋暖池的形成及其对大气扰动的影响建立了理论基础。     

模式参数的不确定性对日本南部黑潮大弯曲路径预报的影响

基于1.5层浅水方程模式,利用条件非线性最优参数扰动(CNOP-P)方法,研究模式参数的不确定性对黑潮大弯曲路径预报的影响。研究表明,单个模式参数误差如侧向摩擦系数误差、界面摩擦系数误差以及在不同季节具有不同约束的风应力大小误差,对黑潮大弯曲路径预报的影响较小,并且对背景流场的选取具有一定的敏感性;所有模式参数误差同时存在时对黑潮大弯曲路径预报具有一定的影响,并且预报结果在9个月左右不能被接受。因此,要提高黑潮大弯曲路径的预报技巧,模式中的参数需要给出更好的估计。