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相似文献
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1.
熊建刚  易帆  李钧 《地球物理学报》1995,38(02):150-157
从包含Rossby波和惯性重力波的大气运动方程组出发,采用弱非线性相互作用近似,推导出耗散大气中这两种尺度相差很大的波动之间的非线性相互作用方程.以此为基础,得到了描述窄角谱Rossby波包和惯性重力波包的非线性时空演变规律的三波相互作用方程.数值分析表明,当一个Rossby波包与两个惯性重力波包发生相互作用时,两个惯性重力波包之间进行快速的能量交换,同时与Rossby波包之间进行缓慢的能量传输.从时间尺度上讲,惯性重力波可以看作Rossby波包运动的背景噪声,因此上述非线性相互作用过程可以理解为大尺度Rossby波包与背景噪声之间的能量交换过程.  相似文献   

2.
熊建刚  易帆  李钧 《地球物理学报》1994,37(04):415-421
采用弱非线性近似得出中层耗散大气连续谱Rossby波包的非线性时空演化方程,讨论了Rossby波包的三波相互作用问题.数值计算表明,耗散和非线性的共同效应决定了Rossby波包的演变.当一个Rossby波包通过大气传播时,它的振幅若超过某个阈值,空间尺度分别比它大和比它小的两个次级Rossby波包的振幅会随时间增长.特别当这两个次级波包同时随时空变化时,仅当主波的振幅超过一个更大的阈值,且其群速度介于两次级波包的群速度之间时,两次级波包的振幅才会随时空同时增长,即出现绝对不稳定现象,耗散和3个波包的频率失配都会增大不稳定的阈值.  相似文献   

3.
采用弱非线性近似得出中层耗散大气连续谱Rossby波包的非线性时空演化方程,讨论了Rossby波包的三波相互作用问题.数值计算表明,耗散和非线性的共同效应决定了Rossby波包的演变.当一个Rossby波包通过大气传播时,它的振幅若超过某个阈值,空间尺度分别比它大和比它小的两个次级Rossby波包的振幅会随时间增长.特别当这两个次级波包同时随时空变化时,仅当主波的振幅超过一个更大的阈值,且其群速度介于两次级波包的群速度之间时,两次级波包的振幅才会随时空同时增长,即出现绝对不稳定现象,耗散和3个波包的频率失配都会增大不稳定的阈值.  相似文献   

4.
熊建刚  易帆  李钧 《地球物理学报》1995,38(05):564-569,670
进一步讨论了大中尺度Rossby波与惯性重力波的非线性相互作用问题.从共振相互作用曲线来看,Rossby波和惯性重力波可以在相当广泛的角谱范围内发生共振非线性相互作用.在一定条件下,一个大振幅波包可以激发两个小振幅波包不稳定增长而出现参量不稳定现象,这三个波包可以是同种类型或不同类型的波包.当两个大振幅波包发生相互作用时,非线性过程会产生另一个波包并使它增长,并且增长速度大于仅有一个大振幅波包时的增长速度.大尺度Rossby波包税发两个较小尺度惯性重力波的过程是一种重要的能量串级(cascade)过程.  相似文献   

5.
进一步讨论了大中尺度Rossby波与惯性重力波的非线性相互作用问题.从共振相互作用曲线来看,Rossby波和惯性重力波可以在相当广泛的角谱范围内发生共振非线性相互作用.在一定条件下,一个大振幅波包可以激发两个小振幅波包不稳定增长而出现参量不稳定现象,这三个波包可以是同种类型或不同类型的波包.当两个大振幅波包发生相互作用时,非线性过程会产生另一个波包并使它增长,并且增长速度大于仅有一个大振幅波包时的增长速度.大尺度Rossby波包税发两个较小尺度惯性重力波的过程是一种重要的能量串级(cascade)过程.  相似文献   

6.
进一步讨论了大中尺度Rossby波与惯性重力波的非线性相互作用问题.从共振相互作用曲线来看,Rossby波和惯性重力波可以在相当广泛的角谱范围内发生共振非线性相互作用.在一定条件下,一个大振幅波包可以激发两个小振幅波包不稳定增长而出现参量不稳定现象,这三个波包可以是同种类型或不同类型的波包.当两个大振幅波包发生相互作用时,非线性过程会产生另一个波包并使它增长,并且增长速度大于仅有一个大振幅波包时的增长速度.大尺度Rossby波包税发两个较小尺度惯性重力波的过程是一种重要的能量串级(cascade)过程.  相似文献   

7.
易帆  李钧  熊建刚 《地球物理学报》1993,36(04):409-416
基于中高层大气重力波动力学是由非线性过程和损耗过程共同决定的物理思想,本文采用弱非线性相互作用近似,推导出损耗大气中重力波的非线性相互作用方程.这组方程是研究固定相位和随机相位重力波相互作用问题的出发点.通过引入平均振幅,我们得到了损耗情况下离散重力波的三波相互作用方程,该方程描述了重力波波包非线性时空演变的规律.作为该方程的一个具体应用,我们考虑了由于波-波相互作用产生的不稳定性.当一大尺度大振幅的主重力波通过大气传播时,非线性相互作用可能导致两个次级波振幅随时间指数增长.由于分子损耗和频率失配,主波的振幅必须大于一个阈值,这种指数增长才可能出现.共振条件满足时,阈值变为最小.频率失配还会导致次级波本征频率发生改变,改变的大小是频率失配值的一半.  相似文献   

8.
基于中高层大气重力波动力学是由非线性过程和损耗过程共同决定的物理思想,本文采用弱非线性相互作用近似,推导出损耗大气中重力波的非线性相互作用方程.这组方程是研究固定相位和随机相位重力波相互作用问题的出发点.通过引入平均振幅,我们得到了损耗情况下离散重力波的三波相互作用方程,该方程描述了重力波波包非线性时空演变的规律.作为该方程的一个具体应用,我们考虑了由于波-波相互作用产生的不稳定性.当一大尺度大振幅的主重力波通过大气传播时,非线性相互作用可能导致两个次级波振幅随时间指数增长.由于分子损耗和频率失配,主波的振幅必须大于一个阈值,这种指数增长才可能出现.共振条件满足时,阈值变为最小.频率失配还会导致次级波本征频率发生改变,改变的大小是频率失配值的一半.  相似文献   

9.
采用二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式, 研究了重力波与潮汐之间的非线性相互作用. 结果表明, 重力波在潮汐背景中传播时, 先后在z = 75~85, z = 90~110和z = 15~130 km 3个高度上发生不稳定. 垂直波长首先由12 km变成27 km左右, 新生成的长波逐渐被压缩并再次生成20 km左右的长波. 长波和短波出现的高度分别对应于反向和同向背景风场区域的高度. 在重力波主要的破碎区域(90~110 km)以上, 仍有部分重力波继续上传. 重力波在上传过程中除了对背景风场加速之外, 还增大了潮汐的振幅, 特别是在重力波发生不稳定之后, 对潮汐振幅的放大作用更加明显.  相似文献   

10.
王赟  谈哲敏 《地球物理学报》2007,50(4):1040-1052
本文利用f-平面浅水模型讨论了二维情况下快速惯性重力波与平衡涡旋之间的相互作用问题.当快速的惯性重力波传入涡旋区域后,波-涡之间发生了相互作用,涡旋可被加深,涡旋区域的风场等可以出现非对称分布,当惯性重力波全部传出涡旋区域并远离之后,涡旋恢复到其初始状态,但此时惯性重力波可以出现非对称结构,这与一维情况不同.在波-涡发生相互作用过程中,其物理量变化的最大区域分布基本与波动传播方向一致,在波动进入或移出涡旋时,相对应存在两个最大物理量变化区域,此外,相互作用导致的物理量的最大变化与波动结构、强度、传播方向以及涡旋特性有关.非线性条件下的波-涡相互作用要强于线性过程.  相似文献   

11.
正压流体中,采用摄动方法将准地转位涡方程推导出地形效应的mKdV方程,得到Rossby波振幅的演变满足地形效应的mKdV方程的结论,说明地形效应是诱导Rossby孤立波的重要因素.  相似文献   

12.
热带海洋和大气中地形Rossby波和Rossby波的耦合不稳定   总被引:3,自引:0,他引:3  
当大尺度背景场存在赤道急流时, 由相应不均匀的温跃层(海洋)和高度场(大气)激发出的地形Rossby波和由β效应激发出的Rossby波, 在一定条件下, 通过相互作用后可产生一类新的不稳定, 称为地形Rossby波和Rossby波的耦合不稳定. 讨论了这类波系在ENSO发展中可能起的作用.  相似文献   

13.
利用二维全隐欧拉格式对重力波在可压、非等温大气中的非线性传播过程进行了数值模拟和分析.分析结果表明,从对流层顶激发的重力波能稳定地经平流层传到中层顶,从而将能量和动量从一个区域带到另一个区域;在向上传播过程中,重力波经历了发展、位温翻转、对流直至最终破碎的演变;重力波的破碎是对流和小尺度波动的重要的源,对流不稳定和翻转是非线性现象的一个基本特征.计算还显示,扰动源的大小直接影响着重力波的非线性传播过程,当扰动源足够小时,重力波能稳定传播,而大振幅扰动可以加速重力波的破碎.  相似文献   

14.
对流层上传重力波的非线性演化   总被引:2,自引:1,他引:2       下载免费PDF全文
利用二维全隐欧拉格式对重力波在可压、非等温大气中的非线性传播过程进行了数值模拟和分析.分析结果表明,从对流层顶激发的重力波能稳定地经平流层传到中层顶,从而将能量和动量从一个区域带到另一个区域;在向上传播过程中,重力波经历了发展、位温翻转、对流直至最终破碎的演变;重力波的破碎是对流和小尺度波动的重要的源,对流不稳定和翻转是非线性现象的一个基本特征.计算还显示,扰动源的大小直接影响着重力波的非线性传播过程,当扰动源足够小时,重力波能稳定传播,而大振幅扰动可以加速重力波的破碎.  相似文献   

15.
中层大气重力波的全球分布特征   总被引:3,自引:3,他引:3       下载免费PDF全文
从2002年1月到2009年12月的SABER温度剖面数据提取了可以反映重力波活动的垂直尺度2~10 km的中尺度温度扰动,分析了全球中层大气重力波的分布.重力波扰动在夏季和冬季明显强于春季和秋季,而冬季与夏季相比,在70 km以下的高度夏季弱于冬季,在70 km以上夏季比冬季要强.从全球重力波分布来看,较大值分布在冬季半球和25°N到25°S的热带范围,其中热带范围重力波的峰值随着高度向北移动,而在南半球高纬度地区重力波扰动较大值位于极区涡流的边缘.热带范围的扰动沿着经度方向有明显的变化,这是由风过滤、地形和波动等因素共同作用的结果.重力波扰动强度随高度变化,在25~30 km处呈现下降趋势,而超过42 km后又逐渐递增.对比8年平均的重力波在不同高度的强弱分布,可以看到,在较低高度,重力波的强弱明显与地形有关,而在较高高度,重力波的分布与地形的关系变得不明显.这说明重力波的形成与地形有显著相关性,但在传播过程中重力波的分布会随高度出现明显的变化.  相似文献   

16.
一次冰雹过程的惯性重力波观测及数值模拟   总被引:6,自引:1,他引:6       下载免费PDF全文
使用高灵敏度的电容式微压波传感器对1998年4月11日16时发生在贵州省普定县的一次降冰雹过程的重力波进行观测,利用WRF(Weather Research and Forecast)中尺度模式对这一过程进行数值模拟,使用Morlet小波方法对模拟结果进行分析,得出这一过程中惯性重力波的分布和变化规律,并分析急流、地形及切变线对惯性重力波的影响.观测发现:在降冰雹前,每隔1~4小时出现一次短周期重力波阵性增强的现象.数值模拟结果显示:在低空降冰雹前几个小时有强的短周期重力波出现,其中周期较长的出现早、存在时间长,周期较短的出现晚、存在时间短;强的低空急流和风速垂直切变触发对流或湍流的发生和加强,对流或湍流又激发了80~200 min的短周期重力波;短周期重力波更容易向垂直方向传播,而长周期重力波倾向于水平方向传播.长周期重力波在降冰雹后周期有明显变短现象,随高度越加明显.由地形形成的重力波在最高山峰上空振幅最大.  相似文献   

17.
通过对向上传播的重力波波包在中层大气中的非线性传播过程进行数值模拟,讨论中层大气中重力波的饱和机制.数值模拟结果表明,向上传播的重力波波包的扰动振幅在接近波包的本征水平相速度之前随高度单调增长,而当波振幅接近本征水平相速度时,在对流不稳定区域出现等位温面的翻转,同时波振幅的增长达到饱和(波振幅随高度不发生变化).小尺度对流在等位温面的翻转和波饱和发生后产生,随后波包开始破碎,这些非线性过程的最终结果产生湍流.表明导致重力波饱和的关键因素是等位温面的翻转而不是诸如波破碎、湍流、波-流相互作用等其他的一些物理过程.  相似文献   

18.
中层大气中重力波饱和机制的数值分析   总被引:2,自引:1,他引:2       下载免费PDF全文
通过对向上传播的重力波波包在中层大气中的非线性传播过程进行数值模拟,讨论中层大气中重力波的饱和机制.数值模拟结果表明,向上传播的重力波波包的扰动振幅在接近波包的本征水平相速度之前随高度单调增长,而当波振幅接近本征水平相速度时,在对流不稳定区域出现等位温面的翻转,同时波振幅的增长达到饱和(波振幅随高度不发生变化).小尺度对流在等位温面的翻转和波饱和发生后产生,随后波包开始破碎,这些非线性过程的最终结果产生湍流.表明导致重力波饱和的关键因素是等位温面的翻转而不是诸如波破碎、湍流、波-流相互作用等其他的一些物理过程.  相似文献   

19.
北极地区低平流层惯性重力波的观测研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文

南极地区重力波活动有大量报道,相对而言,北极地区重力波的研究还很少.本文利用极区Ny-Alesund站点(78.9°N,11.9°E)无线电探空仪从2012年4月1日到2017年3月31日共5年的观测数据,统计分析了北极地区低平流层惯性重力波的特征.观测显示,月平均纬向风在20 km以下盛行东向风,再随着高度增加,逐渐呈现出半年振荡现象.对流层顶高度在5~13 km范围内变化,其月平均高度显示出年循环,最高出现在夏季,约为10 km,最低出现在冬季,约为8.5 km.对流层和低平流层月平均温度都显示出明显的年周期变化,这与中低纬度观测结果有所不同.结合Lomb-Scargle谱分析和矢端曲线方法,估算了准单色惯性重力波参数.个例研究表明,低平流层惯性重力波呈现出远离源区的自由传播性质.统计结果显示,惯性重力波的水平和垂直波长分别集中在50~450 km和1~4 km范围内,本征频率集中在1~2.5倍惯性频率间,这些值都比中低纬度观测值稍小.垂直方向本征相速度主要集中在-0.3~0 m·s-1,而纬向和经向本征相速度集中在-40~40 m·s-1之间.在5年的观测中,大约91.5%的惯性重力波向上传播.在冬季和早春,由于极地平流层极涡活动,激发出向下传播的惯性重力波,因此,向下传播的比例上升到相应月份的20%左右.由于低层大气盛行的东向风的滤波效应,低平流层大部分惯性重力波向西传播.波能量呈现出明显的年周期变化,最大值在冬季、最小值在夏季,与北半球中低纬度观测结果一致,表明北半球重力波活动普遍冬季强、夏季弱.

  相似文献   

20.
完整Coriolis力作用下非线性Rossby波的精确解   总被引:4,自引:0,他引:4       下载免费PDF全文
赵强  于鑫 《地球物理学报》2008,51(5):1304-1308
从包含完整Coriolis力的Boussinesq近似的斜压大气运动方程组出发,利用半地转近似导出β效应和地球旋转水平分量fH=2Ωcosφ共同作用下的大气非线性Rossby波动所满足的KdV方程,求得了椭圆余弦波解和孤立波解.结果分析表明,若扰动与纬度有关,Coriolis参数分量fH将影响波动传播的频率特征,并加强水平散度对斜压Rossby波的作用;如果扰动与纬度无关,则 Coriolis 参数分量fH的影响消失.  相似文献   

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