风海流方程低谱模式的多态解问题(一)

本文研究一个带强迫、耗散的非线性准地转海流方程四系数谱模式的定常解及其稳定性问题。指出当风应力项充分强且摩擦系数足够小时,该定常方程有多态解存在,而在其它情形下只存在唯一的稳定解。文中还指出,对于有三个解出现的情形,其中有一个解总是不稳定的;另一个是带有大振幅第一分量的解,由于非线性项起着很大的控制作用,使得该解总是稳定的;第三个是Sverdrup解,它可能是稳定的,也可能是不稳定的。此外,通过对方程进行数值计算还揭示了稳定解对参数R和ε的依赖状况。     

夏季青藏高原动力和热力的强迫定常扰动

本文应用一个球面和σ坐标原始方程线性定常模式,模拟夏季青藏高原的动力和热力强迫作用下的定常扰动.计算得到的定常扰动,在对流层上层槽脊分布和实况基本相符,但南亚高压的位置稍偏东,中太平洋高空槽较弱.在对流层中层计算的扰动振幅较实况强,特别是西太平洋副高.对偏差的可能原因进行了讨论.文中比较了不同基本气流、热源的垂直分布和热力耗散的影响,结果表明不同的热源垂直分布可以影响定常扰动的位相分布;还指出线性模式中,随高度增强的热力耗散机制对解释定常扰动的位相和结构可能是重要的.     

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。     

强迫耗散非线性临界层动力学的初步研究

研究了强迫耗散非线性临界层动力学，得到了强迫耗散非线性临界层的解析解。解析解表明，在含有强迫耗散的条件下，非线性临界仍有“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”，当时间很大时，“猫眼”趋于定常，强迫耗散因子对非线性临界层激发的“Ｋｅｌｖｉｎ猫眼”的涡度场有重要的调制作用。     

全球定常波对耗散参数的线性响应

本文应用一个定常态、线性原始方程三维谱模式模拟出全球200百帕定常波的结构特征。同时还考察了模式大气对耗散参数的线性响应。     

西风带阻塞高压形成及崩溃动力机制的Euler-Lagrange理论解释

本文主要采用Euler-Lagrange理论,讨论正压剪切流的切变参数对阻塞高压形成的影响。研究表明:存在一个临界参数,当切变参数的绝对值超过这个临界参数,正压剪切流将分歧出阻塞流型,这意味着阻塞高压的形成;反之,当切变参数的绝对值小于这个临界参数,阻塞流型将恢复到剪切流,这意味着阻塞高压的崩溃。该研究一定程度回答了阻塞流型"怎么形成"和"怎么崩溃"这一基本而关键的问题。     

热力强迫对湿斜压大气中南亚高压平衡态的影响

本文基于Lorenz的湿模式,引入地形效应并进行适当简化,在低谱近似下得到了描述大气运动的非线性耗散系统。讨论了在热力强迫与大气环流的非线性相互作用下,湿、斜压大气在参数空间的平衡态与南亚高压的流型分布及其东西摆动。结果表明:南亚高压典型的平衡态流型是西部型、东部型和带状高压,而且东西部流型的转换并非高压中心的连续位移,而是表现为一个高压中心消失后经过流场上的调整重新建立新的高压中心的过程。     

波与波的相互作用对阻塞高压的形成、维持和衰退的影响

采用波数域的动能方程和定常波与瞬变波的波数域动能方程计算了阻塞高压形成、维持和衰退阶段的波与波相互作用项和波与平均运动相互作用项。计算结果表明波与波的非线性相互作用项在阻塞高压形成阶段是促使阻塞高压形成的能源,在维持阶段,是维持其稳定的能源,在衰退阶段又是促使其崩溃的能汇。波与平均运动的相互作用项在衰退阶段也起着促使阻塞高压崩溃的重要作用。定常波与瞬变波的非线性相互作用起着在具体时段使阻塞高压形成、维持和衰退的重要作用。     

β-GMA与边界层动力学特征

本文研究了β平面中的地转动量近似(β-GMA)及其成立条件.利用β-GMA得到了一个描述Ekman动力学特征的动力学方程组.研究了β项和地转动量(GM)对Ekman层动力学的共同作用.结果表明,β-GMA下的解由两部分组成,一部分即为f-GMA下的解,另一部分为β项与GM的相互作用解.这样,一方面,β-GMA解由于β项存在,对一个定常纬向对称的高度场具有纬向非对称结构,而f-GMA解是纬向对称的.利用一个定常、轴对称的圆形涡旋例子计算了Ekman层的水平风速和边界层顶部的垂直速度,并与经典解、f-GMA解     

局地热力强迫与准定常大振幅扰动的形成

文中导得了包括热力强迫和耗散的非线性强迫ＫｄＶ－Ｂｕｒｇｅｒｓ方程,并作了数值求解。计算结果表明,热力强迫和耗散是孤波质量和能量变化的主要原因,耗散使孤波质量能量随时间指数衰减;热力强迫与地形一样,都能在强迫区产生定常孤波,但前者产生的上游扰动振幅更大,而后者产生的下游扰动更为明显;加热和地形一样都能使孤波发生位相漂移,减小其移速,阻挡孤波的移动,从而增加与孤波的相互作用时间;适当大小的耗散与热力强迫的组合迫使移动性孤波在强迫区附近来回振荡,大大增加与热力强迫的相互作用时间;在耗散与热力强迫同时存在的非线性系统中,移动性孤波与热力强迫的相互作用可能是产生阻塞等长生命周期的局地准定常系统的重要因子。     

EFFECT OF LOCAL BASIC FLOW STRUCTURE PATTERN IN FORMATION OF BLOCKING HIGHS*

The effect of local basic flow structure pattern (BFSP) on a blocking high formation is investigated within the framework of forced dissipation KDV dynamics.The zonal and meridional positions of the high's center excited by a heat source depend on the BFSP selected.     

切变气流中地形强迫激发的非线性长波

经推导得到了包括地形和耗散的ＦＫｄＶ－Ｂｕｒｇｅｒｓ方程,利用数值解讨论了地表强迫激发的弧波演变以及移动性孤波与地形的相互作用,结果显示,对于α〉０或α〈０,不论是在气旋式切变气流还是反气旋式切变气流中,地形都能在强迫激发出定常孤波,在其下游产生调制椭圆余弦波列的背风波,当α＝０时,在反气旋式切变气流中强迫区产生的是大振幅定常孤波,气旋式切变气流中强迫区产生的是复杂的非定常孤波,地形强迫产生的ｍ＝     

阻塞动力学研究进展与展望

简介了大气阻塞动力学在多平衡态理论和外源强迫的共振理论、孤立子及偶极子理论、强迫耗散ＫＤＶ动力学以及天气扰动的激发等几方面理论研究的进展。并对阻塞动力学的研究进行了展望。     

北半球定常波输送西风动量的气候态及其年变化

利用高分辨率的再分析资料ERA40，分析了纬向平均状态下北半球不同尺度的定常波对西风动量沿经向输送的气候态及其年变化。结果表明，对流层中定常波对西风动量输送最强的区域位于中纬度对流层的中上层，定常波在该区域长年向北输送纬向动量，且输送中心随季节有南北移动和强弱变化。此外，在高纬度地区的对流层中上层以及赤道对流层顶附近还有两个相对较弱的输送中心。前者对西风动量的输送长年向南，其垂直范围从对流层低层一直伸展到平流层下层，中心位置相对固定，强度有明显的季节变化。后者位置也相对固定，但输送方向随季节改变。平流层中定常波对西风动量的输送主要位于中高纬度的平流层中上层，定常波在该区域长年向北输送西风动量，中心位置非常稳定，而强度则随季节变化明显。行星尺度定常波的输送作用与总波动的输送作用非常一致，并在很大程度上决定了波动对动量输送强度的季节变化。天气尺度定常波和10波以上的短波的输送作用主要集中在中纬度对流层的中高层。前者与行星尺度定常波共同决定了该区域内的输送强度，并主导了输送中心的南北移动；后者的作用很小，除夏季外均可以忽略。作者给出的不同尺度定常波对西风动量输送的气候态分布不但可以作为日后研究其年际变化的基础，而且还可以为大气环流模式对大气环流模拟能力的评估提供重要的参考。     

准地转两层模式天气数值预报方法的试验

作者用准地转两层模式以图解方法试作了24小时及48小时亚洲部分的500毫巴高度预报。从所作的几个例子来看,有的预报结果较好,但像阻塞高压的一个例子中高压位置南边的负变高没有预报出来,因此预报图上没有阻塞高压的形成。原因主要是在准地转两层模式没有恰切地考虑到500毫巴的辐散场。作者指出500毫巴上天气系统有猛烈发展时500毫巴上的辐散场是比较大的,要考虑到后者的作用就必须应用三层模式或不用准地转假定。作者并指出了 Fj(?)rtoft 的图解方法也有不小的误差。     

THE CISK MECHANISM AND THE INERTIAL GRAVITATIONAL WAVES IN SHEAR FLOW

By using the symmetric equations of atmospheric dynamics in y-z plane with vertical and horizontal shear of wind, the nonlinear ordinary differential equation is derived with the method of travelling wave.Its stability is discussed by using the theory of nonlinear stability and the KDV equation is solved. The effects of linear CISK, nonlinear CISK, inertial stability and vertical shear of wind on the amplitude and the width of isolated inertial gravitational wave are discussed. In order to understand deeply the formation and development of meso-scale synoptic systems, such as the squall line, MCC, the cold surge of Asia high and typhoon, the factors of development of the isolated inertial gravity wave are analysed.     

外源与孤波的相互作用对阻塞形成的影响

利用准地转涡度方程导出包括外源和摩擦耗散的强迫广义KdV-Burgers方程,分析表明,外源和耗散的存在是孤波质量和能量变化的原因,耗散使孤波质量和能量随时间呈指数减小。数值计算结果指出,移动性孤波和外源的相互作用,使孤波移速减小,振幅增大;在无耗散情况下,失谐参数α较小时,由于孤波迅速离开外源强迫区,因此不利于阻塞的形成;小耗散的存在,迫使相互作用过程中孤波在外源强迫区附近来回振荡传播,大大增加相互作用时间,可能是造成外源区附近局地阻塞的一种重要机制。     

Nonlinear Ultra-Long Wave and Its Stability

ＮｏｎｌｉｎｅａｒＵｌｔｒａ－ＬｏｎｇＷａｖｅａｎｄＩｔｓＳｔａｂｉｌｉｔｙＨｅＪｉａｎｚｈｏｎｇ（何建中）（ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ，Ｎａｍｉｎｇ２１００４４）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａｎｏｎｌｉ...     

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 stationary streamfunction fields in-ithe 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 Mcwilliams (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.     

EASTWARD MOVEMENT OF MIDLATITUDE LOW FREQUENCY WAVES AND THEIR INTERACTION WITH SYSTEM DOWNSTREAM*

Within the framework of forcing/dissipation KDV dynamics, the effect is numerically studied of successive east-travelling troughs on quasi-stationary high's ridges downstream. Results show that two types of low-frequency transiency are available, depending on the intensities of down-drifting troughs. One is that transiency occurs in strength, i.e., the ridge undergoes transient change in intensity with unchanged position; the other is that transiency takes place in pattern, viz., the breakdown of the quasistationary character of the ridge's posi-tion, meaning that the ridge is replaced by a trough, followed by multiple transformation between ridge and trough.