简单海气耦合的线性和非线性Rossby波

采用忽略Ｒｅｙｌｅｉｇｈ摩擦和Ｎｏｗｔｏｎ冷却的定常，线性大气模式和地转动量近似下的非线性海洋模式。这里包含了大气通过线性风应力影响海洋，海洋通过加热过程影响大气的物理机制。用相平面理论讨论了海气耦合作用对简单耦合线Ｒｏｓｓｂｙ波和非线性Ｒｏｓｓｂｙ波的影响。     

近常定有限振幅斜压Rossby波的激发与选择性衰减和不相容两原理

在斜压准地转两层流体的动量、能量和环流给定时，使用变分法，首次求得斜压流体最小位涡拟能解，此解正是斜压近常定有限振幅准确解。当通道长宽比、流体平均深度和能量三者都大于各自的临界值，且环流无垂直切变时，此准确解为有限振幅斜压Ｒｏｓｓｂｙ波，否则，此准确解为纬向流。本文还首次提出“不相容原理”，即斜压大气有限振幅近常定Ｒｏｓｓｂｙ波的正压和斜压两分量全波数不能相同。这表明这两种近常定波具有相当不同的水     

Hamilton函数与非线性地形波

本文利用Hamilton函数求得包含地形的半地转正压模式中存在有限振幅周期波解与孤立波解的条件，并给出了波解的解析式，得到一些有意义的结果。     

Phillips模式的斜压不稳定的非线性饱和问题:能量情形

A conservation law for the Phillips model is derived. Using this law, the nonlinear saturation of purely baroclinic instability caused by the vertical velocity shear of the basic flow in the Phillips model-the case of energy-is studied within the context of Arnold's second stability theorem. Analytic upper bounds on the energy of wavy disturbances are obtained. For one unstable region in the parameter plane, the result here is a second-order correction in ε to Shepherd's; For another unstable region, the analytic upper bound on the energy of wavy disturbances offers an effective constraint on wavy (nonzonal) disturbances φ'i at any time.     

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.     

大气中的位涡守恒和Rossby波的能量、波作用与拟能守恒

推导得到普遍形式的位涡度守恒方程，其条件是外源Ｇ和摩擦Ｆ组成的矢量散度为零，放松了位涡守恒的绝热无摩擦限制，对准地转位涡方程，利用ＷＫＢ近似，得到了层结可变情况下的ＲＯｓｓｂｙ波的能量、波作用和拟能守恒的条件，对于空间缓变的基本气流，它们分别是基本气流与空间坐标无关，基本气流与ｘ无关和基本气流是空间坐标的函数。最后还给出了地形存在情况下的Ｒｏｃｓｂｙ波的能量、波作用和拟能守恒的条件。     

线性和非线性地形罗斯贝波

本文在半地转概念下,讨论了线性和非线性地形罗斯贝波的稳定性及其解。指出:线性和非线性稳定性判据形式一致。在线性时,地形东西向及南北向坡度对稳定波动的周期和传播速度有明显影响,其解为周期函数;在不稳定时,解为非周期函数。二级近似时其解为孤立波形式——不稳定时,在地形不同位置可形成东移或西移的孤立波槽或孤立波脊;而在稳定时只形成孤立波槽。三级近似时解出现间断点。     

1991年夏东亚阻塞高压形成的诊断分析

文中将１９９１年夏季在东亚地区发生的阻塞高压分为发展期,旺盛期及衰亡期等３个阶段进行了细致的诊断分析。发现在东亚阻塞高压的第一、二阶段其上游有明显的波活动通量与２～６ｄ尺度的Ｅ矢量通量传播。即定常罗斯贝波的传播与天气尺度扰动的共同作用有利于东亚阻塞高压的维持。第一阶段西风气流的分支处有比第二阶段更为明显的南北向分布的涡动位势涡度的辐散辐合偶极子说明了天气尺度扰动给阻塞高压的发展提供了很重要的能源,显然天气尺度扰动在阻塞高压的发展阶段起着比旺盛阶段更为显著的作用。本文还注意到乌拉尔阻塞高压的崩溃与东亚阻塞高压形成的某些联系。     

长波物理机制经典论断新探

本文通过对经典罗斯贝长波理论,斜压大气环流实验室模拟研究成果的重新归纳与分析,以及相应于上述理论和实验系统的简化数学物理模型的分析与比较,揭示出在大尺度旋转斜压自由流体系统中,β效应的存在与否,虽然可以修正波动的性质,但不影响波解结构与波动振幅演变方程的同构性质;发现β效应也不足以解释冬3夏4天气事实,而且也不足以描写冬夏波型转换机理;同时还发现在均匀旋转斜压流体系统中,存在一个可以解释冬夏波型现象的斜压非线性波长波型确定与转换机制. 本工作建议,关于大气长波本质上就是罗斯贝波,形成大气长波的物理机制是β效应的经典论断,有必要重新考察.本文认为,形成大气长波的物理机制是与地球大气南北温差相关联的斜压非线性效应.     

旋转正压大气中的Rossby波射线

本文将缓变介质中波动的传播理论应用于Rossby波。在基流和不同走向地形假设下，计算了Rossby波射线路径及沿射线波数的变化。结果表明大尺度地形对Rossby波射线有显著影响。     

低纬热带大气中的Rossby波

从热带大气波动的频率方程出发，详细分析了过去给出的低频Ｒｏｓｓｂｙ波的近似频率公式ω＝－βκ／［（２ｎ＋１）β／ｃ０＋κ＾２］，发现其对热带Ｒｏｓｓｂｙ波的性质有一定程度的歪曲。针对这一问题，经分析得到一个能更精确地表征热带Ｒｏｓｓｂｙ波性质的近似频散公式ω＝－βκ／［（２ｎ＋１）β／ｃ０＋４ｎ（ｎ＋１）／（２ｎ＋１）＾２ｋ＾２］，还简要地比较了热带线性Ｒｏｓｓｂｙ波和孤立Ｒｏｓｓｂｙ波两者的频散     

地形对热带大气超长尺度Rossby波动的影响

应用赤道β平面近似，建立一个简单的正压大气半地转浅水线性模式，在连续方程中引入地形的作用，讨论地形对热带大气超长尺度Ｒｏｓｓｂｙ波的影响。结果分析表明，起伏不平的于形动力抬升作用导致热带大气超长尺度Ｒｏｓｓｂｙ波动不稳定并且影响波动的特性。     

水平网格对Rossby波的影响

文中从描述准地转、β平面近似下的Rossby波方程组出发,在Arakawa A-E网格和Z网格上,分可分辨和不可分辨两种情况,从频率和群速方面讨论了这6种网格的计算频散性。结果表明:在可分辨的惰况下,Z,D,C网格比其它网格对Rossby波产生的歪曲都要小;而在不可分辨的情况下,这6种网格的描述能力都比较差。     

非线性Rossby波动特征的进一步探讨

在一定的假定下,利用自然坐标系对正压非线性Rossby波的特征作了进一步探讨,指出控制Rossby波动过程的本质方程是摆型方程及类似于Sine—Gordon方程的关系式,得到了波动过程中复杂的质点振动轨迹和非线性振荡的周期;给出了定常Rossby波的几种复杂流型,证明了非线性Rossby波的位相传播和能量传播是沿着流线进行的。这些结果对深入认识大气内部动力过程和解释某些观测现象具有一定意义。     

大地形对Rossby波波射线的影响

本文利用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法计算了大地形对定常、非定常低频Ｒｏｓｓｂｙ波波射线的影响，计算结果显示，地形对Ｒｏｓｓｂｙ波波射线有重要影响。对位于地形上游的波源，定常波波射线在传播过程中，遇到地形时，会绕过地形偏向高纬度传播并加密波射线，地形起阻挡屏障作用；波源位于地形中心时，东西走向的地形使波射线发生分支现象，南北走向地形没有这种现象产生。文中还计算了地形存在下，周期为５０ｄ的低频Ｒｏｓｓｂｙ波波射线。结果显示，地形对低频波波射线的影响似乎更复杂。     

纬向切变基流中的非线性Rossby波

本文在半地转近似下讨论了纬向切变基流中的非线性正压Ｒｏｓｓｂｙ波，给出了存在波解的切变基流条件。     

Rossby波的发展与结构变化

本文采用ＷＫＢ方法,讨论了地形正压Ｒｏｓｓｂｙ波的发展与结构变化问题。指出波动的发展和衰减不仅与波幅和波长的增减有关,还与波的结构状态有关。