旋转正压大气中的非线性Schrödinger方程和大气阻塞

本文利用WKB方法导出了旋转正压大气中的非线性Rossby波所满足的立方Schrödinger方程,指出在1≤m≤2的情况下,非线性Schrödinger方程具有包络孤立波解,同时我们还对大气中的包络Rossby孤立波的流场进行了计算,结果得到了阻塞高压和切断低压等结构,并且这些阻塞系统能够维持五天以上。     

旋转正压大气中的非线性Schrdinger方程和大气阻塞

本文利用WKB方法导出了旋转正压大气中的非线性Rossby波所满足的立方Schrodinger方程,指出在1≤m≤2的情况下,非线性Schrodinger方程具有包络孤立波解,同时我们还对大气中的包络Rossby孤立波的流场进行了计算,结果得到了阻塞高压和切断低压等结构,并且这些阻塞系统能够维持五天以上。     

非线性Schrödinger方程的一个线性化紧致差分格式

对非线性Schrödinger方程给出了一个线性化紧致差分格式,运用不动点定理和能量方法证明了格式的唯一可解性,还运用能量方法和数学归纳法,避开困难的先验估计,证明格式在空间方向和时间方向分别具有四阶和二阶精度,数值算例验证了格式的精度和数值稳定性.     

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。     

移极旋转坐标系中的大气动力学方程

本文仅研究无粘、无地形和绝热运动假定下的大气动力学问题，用分析力学的方法求得了固定在地球上的移极旋转坐标系， 如直角坐标系， 球坐标系和柱坐标系中的第二类 Lagrange方程。从而求得普遍的大气动力学方程。所谓的视示力 —— Coriolis力和离心力 —— 与其它各种力统一处理。当地球自转轴不为坐标系的z轴时，不存在大气运动的对称和反对称性。特别值得提出的是以往很多学者利用柱坐标系来数值模拟台风(飓风)的轴对称和非轴对称性时所使用的基本方程是含糊的， 本文给出了准确的基本方程。     

旋转正压大气运动的数值模拟

本文根据旋转正压大气运动的二个基本过程:演变过程和适应过程,在一定的适应速率假定下设计了模拟旋转正压大气运动的计算方案,并分析了这一方案的计算稳定性条件。数值计算表明:这一方案对台风路径业务数值预告方案有一定的改进,是一种很有潜力的计算方案。     

正压大气中的波流相互作用及Sine-Gordon方程

从正压涡度方程出发,利用截谱方法,讨论波动与基本流之间的相互作用,得到了波流之间能量转换的条件。在引入时空缓变量后,导出Sine-Gordon方程,并求得了孤立子解。     

旋转地球大气中的非线性惯性重力内波

一、引言刘式达等利用非线性常微分方程中关于平衡点和相图分析的慨念,在力学的平衡点附近,设计了将非线性项作Taylor展开的方法,求得旋转地球大气中的非线性惯性波、重力波及Rossby波的椭圆余弦波解和弧立波解。本文将进一步地对旋转地球大气电的非线性惯性重力内波求解。     

正压大气非线性波的二级近似(一)——涡度方程和散度方程的求解

本文是用摄动法求取正压原始方程一类非线性大尺度慢波解的二级近似的第一部分,通过求解二级问题中的涡度方程和散度方程,给出了速度势和非地转位势的二级修正的解析表达式,并计算了准地转性参数ε=0.3时散度和非地转涡度的分布.     

NONLINEAR SCHRÖDINGER EQUATION IN THE ROTATIONAL BAROTROPIC ATMOSPHERE AND ATMOSPHERIC BLOCKING

In this paper,the WKB method is used to obtain the nonlinear Schrödinger equation satisfied by nonlinear Rossby wave in the rotational barotropic atmosphere.It is found that the nonlinear Schrödinger equation has an envelope solitary wave solution under the condition 1≤m≤2(m the zonal wavenumber),and the phase speed of envelope solitary Rossby wave in the atmosphere is related to the square of its amplitude linearly,that is,the larger the amplitude of envelope solitary Rossby wave,the smaller its propagation speed.Farthermore,the blocking high and cut-off low pressures which are consistent with the observations of blocking in the atmosphere are obtained by calculating envelope solitary Rossby wave,and the blocking structures persist more than five days,the results demonstrate that the envelope solitary Rossby wave is a possible mechanism about the formation,maintenance and breakout of blocking in the atmosphere.     

NONLINEAR SCHRODINGER EQUATION IN THE ROTATIONAL BAROTROPIC ATMOSPHERE AND ATMOSPHERIC BLOCKING

In this paper,the WKB method is used to obtain the nonlinear Schr(?)dinger equation satisfied by nonlinearRossby wave in the rotational barotropic atmosphere.It is found that the nonlinear Schr(?)dinger equation hasan envelope solitary wave solution under the condition 1≤m≤2(m the zonal wavenumber),and the phasespeed of envelope solitary Rossby wave in the atmosphere is related to the square of its amplitude linearly,thatis,the larger the amplitude of envelope solitary Rossby wave,the smaller its propagation speed.Farthermore,the blocking high and cut-off low pressures which are consistent with the observations of blocking in the atmo-sphere are obtained by calculating envelope solitary Rossby wave,and the blocking structures persist more thanfive days,the results demonstrate that the envelope solitary Rossby wave is a possible mechanism about theformation,maintenance and breakout of blocking in the atmosphere.     

大气非线性波动方程的解

本文从非线性大气运动方程出发,用比较简洁的方法,求得了大气非线性惯性波、非线性重力内波和非线性Rossby波的周期解,这些解反映了非线性大气波动的特色。分析指出:对有限振幅的惯性波和重力内波,振幅大的波传播越快,而有限振福的非线性Rossby波,振幅大、波长长的波传播越慢;本文还分析了这些解的某些可能的实际意义。 这些非线性波的研究提供了解非线性方程的新的途径,而且,它可以与大家熟悉的线性波动进行比较。对于天气预报和大气湍流的研究都有一定的意义。     

大气中局地阻高和偶极子阻塞的动力学特征

在局地阻塞形成前期的原地一般有比较弱的高压脊存在，在这个高压脊上可以逐形成局地阻塞高压或偶极子阻塞。本文将局地阻塞形成前期的弱高压脊环流看成是具有反气旋式切变的带状基本西风，在此基础上用Ｒｏｓｓｂｙ孤立波理论研究了局地阻高和偶极子阻塞的动力学特征及其区别，得到了一些结果。     

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.     

一个大气定常波的非线性初始方程谱模式

本文提出了一个可以用于大气定常波数值模拟的非线性初始方程三维谱模式,模式的动力学框架与文献[1]中的线性模式是相互对应的。利用线性模式的定常解作为初值,通过Newton-Raphson迭代法求出了收敛的非线性定常解。文中给出了这一模式大气对于北半球大尺度地形和1979年1月平均非绝热加热场的响应作为计算实例,并与对应的线性响应以及观测事实进行了对比,证明在考虑了大气中波动之间的非线性相互作用之后数值模拟的结果确实比线性模式有显著的改进,尤其是对于低纬环流系统更是如此。这表明了非线性作用对于热带环流系统的极端重要性。      

大气中一类非线性方程的非线性波解及周期的近似计算法

大气中许多模式可化为Ｆ＇＇＝ＡＦ／Ｆ＋Ｂ（ＡＢ≠０）一类非线性常微分方程。利用常微分方程定性理论说明了该方程存在非线性波解，讨论了其周期的计算问题，并求得了波解及其周期的近似表达式。