大气中的包络Rossby孤立波——纬度效应的作用

本文进一步对旋转正压大气中的包络Rossby孤立波进行了研究，结果发现当Rossby波的波数m（m为纬向波数）满足1≤m≤2时，旋转正压大气中才存在包络Rossby孤立波，并且只有m＝2的包络Rossby孤立波才具有阻塞高压的结构。我们还对这种m＝２的包络Rossby孤立波随纬度变化的持续性进行了计算，得到了许多结果。     

振荡型Rossby孤立波与大气阻塞

从正压涡度方程出发,在弱非线性和弱其流切变条件下,导得了描述非线性大气长波活动的推广的Ｋｄｖ方程,并得到了方程的孤立波解及其色散关系。取近似于实际大气运动的物理参数作数值计算,得到了振荡型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波的水平结构和移动特征,其结果较这建党的Ｋｄｖ孤立波更接近于实际大气中的阻塞流型。     

强迫耗散作用下的Rossby包络孤立波及其相互作用

本文讨论了强迫和耗散对Rossby包络孤立波的影响，得到了在强迫和耗散共同作用下，当准共振条件和锁相条件满足时，包络孤立波从外场那里获取能量来克服耗散并形成稳定的锁相包络孤立波。本文还研究了在强迫和耗散作用下两个包络孤立波的碰撞相互作用，发现在某些参数下，两波碰撞后性质变化不大，而在另外一些参数下，碰撞后两波性质显著改变。     

副高与阻高形成的Rossby孤立波理论I:不存在临界层

针对不存在临界层情况下非均匀纬向流中的Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，从正压、无辐散、准地转自由大气涡度方程出发，经过变量替换，用小参数展开法，得到流函数的各阶近似方程，推导出振幅函数满足的ＫｄＶ方程及修正ＫｄＶ方程（ＭＫｄＶ），并给出它们的孤立波解。对不同风速分布下伴随这些孤立波而出现的流场进行了近似计算，分别得到了副高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波流场、阻高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波流场及偶极子型流场，它们移动的规律性与实际大气的流场移动情况较一致。     

切变基本纬向流中赤道Rossby包络孤立波

利用多重尺度摄动法，从描写赤道Rossby波的正压大气位涡度方程中推导出在切变基本纬向流中非线性赤道Rossby波包演变所满足的非线性Schrodinger方程，并得到其单个包络孤立子波解，分析基本流切变对非线性赤道Rossby波动的影响。     

副高与阻高形成的Rossby孤立波理论Ⅱ:存在临界层

研究了存在临界层的非均匀纬向流中的Ｒｐｓｓｂｙ孤立波。在求出振幅函数满足的ＫｄＶ方程或修正ＫｄＶ方程（ＭＫｄＶ）后，选择Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式作为展开基函数，用假谱方法，求解本征值和本征函数。对理想风场的计算表明，在临界层存在与否两种情况下，都能得到在东西风界面处的反气旋式副高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，同副高有一致的演变规律：当东风带相对强于西风时，向西移动；当西风相对强于东风时，则向东移动。在西风带，则得到阻高型Ｒｏｓｓｂｙ孤立波，与阻高也有同样的演变规律。另外，我们还用连续谱方法计算了临界层附近的连续谱及离散谱，也得到与假谱方法较一致的结论。     

缓慢移动的行星尺度偶极子包络Rossby孤立子与?双波地形相互作用

在ＬＧ型偶极子近共振条件下，获得了一个高阶非线性Ｓｃｈｒ■ｄｉｎｇｅｒ方程，并用此方程来描述缓慢移动的包络Ｒｏｓｓｂｙ孤立子与双地形相互作用。数值结果表明，在ＬＧ型偶极子近共振条件下，在弱西风气流中，当一个弱包络孤立子位于地形槽区时，包络Ｒｏｓｓｂｙ孤立子可以通过近共振强迫而放大，并产生振荡现象然而长时间过后这个孤立子将破裂并激发一系列向西传播的小振幅波。在一定时间后，强迫孤立子除了东传外还存在一个缓慢的西传。同时，强迫包络Ｒｏｓｓｂｙ孤立子的瞬时流场与观测到的Ω型阻高和偶极子的形成、维持和崩溃过程类似。除此之外，孤立子扰动理论被用来研究双波地形在Ω型阻高和偶极子中的作用。结果表明，在孤立子的强迫过程中，由于高阶项的存在，孤立子的群速度和相速趋于相等，以致于阻塞包络与载波在某个时刻锁相，在这种情况下，阻塞的产生是强迫包络孤立子从频散向非频散的转换过程，而在阻塞崩溃期间则相反。因此包络孤立子与地形相互作用可以认为是阻塞产生的可能机制。     

低纬大气Kelvin波和Rossby波的非线性相互作用

利用多重尺度摄动法,对低纬大气Kelvin波和Rossby波的波包演变进行了分析,得到两波的非线性相互作用方程为耦合的非线性复系数Landau方程组。数值计算表明两波相遇将使波振幅变化,波宽变窄;两波非线性相互作用可能是低纬强烈天气突然爆发的原因之一。     

Rossby参数β在涡旋Rossby波中的作用

利用尺度分析方法得到Rossby参数β在强涡旋中有着不可忽略的作用.在无基本气流径向切变的涡旋系统中,在Rossby参数β的作用下有涡旋Rossby波出现.由于涡旋Rossby波存在,从而破坏了涡旋系统的轴对称性,表现出非轴对称特征.在考虑切向基本气流的涡度径向变化时,涡旋Rossby波的频散关系同时包含了切向基本气流涡度径向切变项和β项的作用.一般情况下涡旋Rossby波在切向基本气流涡度径向切变的作用下有向外频散能量的特性,而β项的作用随方位角θ而变化,使涡旋能量频散不对称.     

非线性涡旋Rossby波的演变特征

利用多重尺度摄动法，推导出非线性涡旋Rossby波波包的演变方程是非线性Schroedinger方程。对该非线性Schroedinger方程的周期波动解及其稳定性进行了研究，得到了有关稳定和不稳定的判据。数值计算表明：非线性涡旋Rossby波的相速值为10^0m／s量级，这和台风中的螺旋雨带实测移速的量级是一致的，可以从涡旋Rossby波说中较好地解释台风中的螺旋雨带的形成和维持。     

mKdV Equation for Solitary Rossby Waves with Linear Topography Effect in Barotropic Fluids

The modify Korteweg-de Vries (mKdV) equations, governing the evolution of the amplitude of solitary Rossby waves, are derived from quasi-geostrophic vorticity equation by using the perturbation method. The result manifests that the linear topography effect with the change of latitude can induce solitary Rossby wave.     

含大地形的准地转正压模式的孤立波解

该文由修正过的含大地形的准地转正压模式方程出发,考虑青藏高原大地形的实际情况,忽略其东西向地形坡度,再利用约化摄动方法,求其孤立波解,并得到结论：当基本气流无切变时,地形是产生Rossby孤立波的必要因子。     

The Solitary Waves of the Barotropic Quasi-Geostrophic Model with the Large-scale Orography

ＴｈｅＳｏｌｉｔａｒｙＷａｖｅｓｏｆｔｈｅＢａｒｏｔｒｏｐｉｃＱｕａｓｉ－ＧｅｏｓｔｒｏｐｈｉｃＭｏｄｅｌｗｉｔｈｔｈｅＬａｒｇｅ－ｓｃａｌｅＯｒｏｇｒａｐｈｙ①ＣｈｅｎＪｉｏｎｇ（陈炯）ａｎｄＬｉｕＳｈｉｋｕｏ（刘式适）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＧｅ...     

从Rossby波能量频散理论到准定常行星波动力学研究的发展

本文是为纪念叶笃正院士诞辰百周年和他对大气动力学发展的重大贡献而撰写的.叶先生在20世纪40年代所提出的罗斯贝波能量频散理论不仅至今仍广泛应用于天气预报,而且开创了准定常行星波动力学的研究.在罗斯贝波频散理论的启迪和引领下,行星波动力学和大气环流异常遥相关的研究取得重要进展.特别是关于准定常行星波在二维和三维球面大气的传播特征以及北半球夏季大气环流异常的EAP(East Asia-Pacific)型和"丝绸之路(Silk Road)"型遥相关及其机理已做出系统的研究,本文简要地回顾这些研究.并且,本文还回顾了在叶先生所提出罗斯贝波能量频散理论的引领下,近年来我们关于东亚冬、夏季风和我国气候灾害的年际和年代际变化的内动力学机理研究所取得的进展.     

频散效应对Rossby波动量和热量输送的影响

本文分析了扰动的频散效应对Ｒｏｓｓｂｙ波动量和热量输送的影响，分析指出：（１）频散效应是大气大尺度运动中扰动动能向平均动能转换（即能量逆转）的根本原因，也是扰动有效位能转化为扰动动能所必不可少的。（２）正压大气大尺度运动扰动动能转化为平均动能的充分条件为基本气流水平切变的特征宽度Ｌ（１）小于临界宽度Ｌｃ≡｜γ     

Vortex Rossby Waves in Asymmetric Basic Flow of Typhoons

Wave ray theory is employed to study features of propagation pathways(rays) of vortex Rossby waves in typhoons with asymmetric basic flow, where the tangential asymmetric basic flow is constructed by superimposing the wavenumber-1 perturbation flow on the symmetric basic flow, and the radial basic flow is derived from the non-divergence equation. Results show that, in a certain distance, the influences of the asymmetry in the basic flow on group velocities and slopes of rays of vortex Rossby waves are mainly concentrated near the radius of maximum wind(RMW), whereas it decreases outside the RMW. The distributions of radial and tangential group velocities of the vortex Rossby waves in the asymmetric basic flow are closely related to the azimuth location of the maximum speed of the asymmetric basic flow, and the importance of radial and tangential basic flow on the group velocities would change with radius. In addition, the stronger asymmetry in the basic flow always corresponds to faster outward energy propagation of vortex Rossby waves. In short, the group velocities, and thereby the wave energy propagation and vortex Rossby wave ray slope in typhoons, would be changed by the asymmetry of the basic flow.