旋转正压大气中的Rossby孤立波和偶极子阻塞

大气中的阻塞动力学一直是大气动力学中所要解决的重要问题之一,随着数学的发展,阻塞动力学的研究也取得了较大的进展.大气中的阻塞可以分为两类:一类是单个非偶极子阻塞(只存在高压或低压),另一类是偶极子阻塞(高压的南侧存在闭合的低压).关于偶极子阻塞的动力学研究是在80年代以后才进行的.为了解释大气中所出现的偶极子阻塞,Mcwilliams[1](1980)提出了Equivalent Modon理论,在他的理论中,他强调了辐散效应的作用.随后Shutt[2](1983)指出通过湍涡的强迫作用在大气中可以形成偶极子阻塞,但这些理论均不能反映偶极子阻塞的形成过程,这以后Malguzzi和Malanotte-Rizzoli[3-4](1984,1985)提出T用Rossby孤立波来解释大气中偶极子阻塞的形成过程.但上面所提出的理论不能解释偶极子阻塞的崩溃过程.作者[5](1989)提出了用包花络Rossby孤立波理论来描述大气中偶极子阻塞的形成、维持和崩溃过程,由于偶极子阻塞随纬度具有不同的分布,这个问题远没解决,本文的目的在于使用旋转正压大气中的Rossby孤立波来探讨偶极子阻塞的纬度分布.     

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。     

大地形与正压Rossby孤立波

文中讨论了地形对正压Rossby孤立波的影响,指出,当基本气流没有切变时,地形是产生Rossby孤立波的重要因子;不同高度的地形,其作用有很大的不同;计算得到了两类不同的孤立波流型。     

N层模式大气中的斜压孤立Rossby波

文中导得了N层模式的KdV方程,作为例子计算了三层模式的孤立Rossby波流型。基本气流的垂直切变、水平切变和Froude数对孤波流型都有重要影响;不同模态的孤波具有不同流型,不同高度位面上的孤波流型一般是不同的。     

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。     

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。     

正压大气中地转偏差引起的非线性Rossby波

正压大气中的非线性波动的研究业已在60年代开始[1],70年代到80年代取得了丰硕的成果.在我国巢纪平等(1980)[2]首先讨论了旋转大气中的正压Rossby椭圆余弦波.之后刘式适、黄思训[3,4]等也做了大量的工作.特别是刘式适等,鉴于以前的工作多采用多尺度方法,比如约化摄动法,而这种方法中的G-M变换本身就意味着将要导出的结果.考虑到长波的弱非线性近似,将非线性项在平衡点附近展开为Taylor级数,求得了方程的非线性近似解.黄思训等认为应用展开法只能求得原方程的近似解,问题的解析解尚未找到.     

正压大气中地形波与自由Rossby波的四波准共振

本文研究了正压大气中一个地形波与三个自由Rossby波的四波准共振动力学特征。由含大地形的准地转正压涡度方程，引入双时间尺度，导得了地用波与自由Rossby波的四波准共振耦合方程组，并求得其低频周期解．由数值计算表明，对于Charney所用地形高度，此解正是准双周振荡。大地形强迫是激发三个自由Rossby波相互输送能量的重要物理机制，使得二个自由Rossby波同时向第3个2波型自由Rossby波输送能量以形成准双周振荡或阻塞。这一结果与观测事实也比较一致。     

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     

ALGEBRAIC ROSSBY SOLITARY WAVE AND BLOCKING IN THE ATMOSPHERE

In this paper, the atmosphere is divided into two regions which are governed by different equations. Furthermore, multiple-scale method is used to obtain the Benjamin-Ono equation satisfied by the nonlinear Rossby wave in weak shear zonal flow. The equation has algebraic solitary wave solution, and the sta-tionary streamfunction fields in the atmosphere are calculated by using numerical method, and the results demonstrate that the stationary solution is antisymmetric dipoles with the anticyclone north of the cyclone, and the structure is similar to the equivalent modon obtained by Mcwilliains (1980), Because the modon obtained here is an algebraic solitary wave, the modon may be called “algebraic modon”, and the stationary algebraic modon is consistent with observations of blocking pattern in the atmosphere.     

斜压罗斯贝波非线性问题的研究

本文利用两层斜压准地转模式,讨论了波-流相互作用问题,得到以下结论:(1)当大气中基本流切变较大时,波流间能量交换明显。切变较小时,波幅变化较小;(2)在较小的基本流切变下,波动可出现稳定的平衡态,此平衡态多为相当正压状态;(3)斜压波在发展过程中,温度场和流场之间具有制约关系。     

FORCED ROSSBY WAVE PACKET PROPAGATION AND TELECONNECTIONS IN THE ATMOSPHERE

By use of the concept of wave packet and WKB method,the all-round characteristics of the Rossby wavepacket under the background of the basic current and the topography are obtained,and the equation andcondition for the development of the wave packet are gained as well.Applying the condition obtained tothe background basic current of southwest and southeast jet,we propose the concept on the wave packetsplitting and the wave passage branching,i.e.according to the disposition of the wave packet with respect tothe jet and the condition satisfied by the stationary wave packet,its trough(ridge)line must be deformed,bent,splitted and bifurcated,the wave passage hence bifurcates accordingly.Under the SW jet,one bifur-cated wave packet propagates toward high latitudes and penetrates upward into the stratosphere,and theother propagates toward low latitudes,but it propagates a far less distance than the former,and only reachesthe tropopause in the vertical.By means of the feature of the wave passage bifurcation of the Rossby wavepacket in the SW jet,the PNA and EU patterns of teleconnections suggested by Wallace and Gutzler(1981)are investigated.     

THE LARGE-SCALE TOPOGRAPHY AND THE STABILITY OF ROSSBY WAVE IN THE BAROTROPIC ATMOSPHERE

The effects of the large-scale topography on the stability of Rossby wave are discussed by usingthe method of the multiple scale analysis. The results show that the influences of the topographywith north-south or west-east slopes on Rossby wave and energy propagation are different.     

大地形和正压Rossby波的稳定性

文中讨论了地形对Rossby波稳定性的影响,指出,地形的南北坡和东西坡对Rossby波及其能量传播的影响是不同的。     

急流与定常强迫Rossby波包和大气中的遥相关

本文利用波包概念和WKB方法,给出在一定地形和基流背景条件下Roosby波包的整体特性,并得到波包的发展方程和条件。应用波包发展条件于西南和东南急流的背景流场,提出波包断裂和波传播波道分叉的概念,即:根拐Rossby波包在急流区所处的位置和定常波包所须满足的条件,其槽(脊)线要变形,产生弯曲、断裂直至分离,波传播波道从而也发生分叉,产生两个波包和两支波道。对于西南风急流,一个波包向高纬传播,并可上升到平流层;另一个向低纬传播,但不如前者传得远,升得高。应用西南风急流中Rossby波包演变和波道分叉的这种特性,可以解释Wallace等提出的PNA型和EU型两种遥相关,从而为这两种类型的遥相关提供了一种物理机制。