地形与斜压边界层的动力分析

利用摄动方法,解析求解了含有地形的非线性斜压行星边界层的风场及其顶部的垂直速度。将所得结果与其它工作比较,说明了斜压性、地形和非线性平流对边界层中风场分布和顶部垂直速度的影响。     

地形和边界层摩擦对登陆热带气旋路径和强度影响的研究

采用准地转的正压模式, 研究了无非绝热加热时地形和边界层摩擦对登陆热带气旋路径和强度的影响.结果表明: 地形作用对登陆热带气旋西北移动路径的影响比较明显, 而对登陆热带气旋强度的影响不明显; 边界层摩擦可以通过改变热带气旋X方向上和Y方向上的移动速度以及改变热带气旋水平环流结构对登陆热带气旋西北移动路径产生一定的影响, 边界层摩擦对登陆热带气旋强度的影响非常明显, 其中摩擦是造成登陆热带气旋强度迅速减弱的一个重要因素.     

斜压大气中海面边界层摩擦偏角的动力学研究

本文在Ekman动量近似下，引入关于水面粗糙度的Charnock公式，求得了斜压大气中海面边界层的风速的解析表达式，进一步得到边界层摩擦偏角的公式，并获得了边界层摩擦偏角的有关结论。例如海面的摩擦偏角远小于陆地的摩擦偏角；低纬的摩擦偏角比高纬的要大：理论分析和个例计算均表明，垂直平流惯性力与水平平流惯性力对摩擦偏角分别起着减小和增大的相反作用，而且反气旋性涡度处与气旋性涡度处的摩擦偏角可相差达20多度。冷暖平流下的摩擦偏角相差很大，甚至可达七、八十度。这些结论对斜压大气中的海面边界层风场摩擦偏角的预后都具有指导性作用。     

摩擦和非线性对斜压初始扰动发展的影响

通过一个二维非线性斜压Eady波模式,讨论了斜压系统中初始扰动快速发展的动力学机制.由于斜压切变气流存在,其对扰动位涡的平流作用可引起初始扰动位涡的"位涡非屏蔽"(potential vorticity unshielding),导致线性系统初始扰动的快速增长.摩擦作用主要通过耗散局地扰动位涡,改变扰动位涡异常结构,特别是水平方向的位涡异常分布,从而减弱初始扰动位涡的"位涡非屏蔽"作用,抑制系统初始扰动动能的快速增长.非线性作用可以抑制较大振幅扰动的增长,同时引起扰动位涡异常丰富的垂直结构产生,导致初始扰动位涡的"位涡非屏蔽"的减弱,从而抑制初始扰动的快速增长.不同的初始扰动结构,可以产生不同的扰动位涡异常结构,相应存在不同的"位涡非屏蔽"作用,导致初始扰动的快速增长过程不同.位涡异常水平结构为"正负正"或"负正负"分布时,有利于初始扰动的快速增长,而上下层异号的扰动位涡异常在垂直方向间隔的距离越大,越有利于初始扰动的快速发展,这些结果进一步深化了对"位涡非屏蔽"的理解.     

斜压边界层风场的动力学特征

在大气边界层中,当温度分布在水平方向不均匀时,斜压性必须予以考虑。本文在地转动量近似条件下,采用Agee[1]公式来描述湍流粘性系数K,求得斜压边界层中风场分布的解析表达式。由求得的解析解和个例的图解均分析得出一些与经典Ekman理论很不相同的动力学特征。例如,在边界层上部,冷平流使气旋中的风速随高度增大而一直增大,且一直指向低压一方,不再呈Ekman螺线状。在边界层下部,例如20米处,引进热成风将使风向改变达25°左右。这对预报边界层风场是很重要的修正。     

地形对边界层影响的有限元数值模式

本文在定常和中性层结条件下应用有限元法初步建立了一个能够处理二线复杂地形上边界层问题的数值模式.模式使八节点抛物型等参元,有限元方程组用“波前法”求解.应用模式计算了几种典型地形上的近地层流动.模拟出了风速、气压、湍流动量通量以及湍流交换系数等气象要素的主要分布特征,并将计算结果与有关的观测事实做了比较.     

稳定的和不稳定的斜压行星波

本文采用两层模式,初步地应用“时空同化”的自然观,引进空间不稳定性观点,把空间不稳定性和时间不稳定性结合起来,研究振幅随纬度变化的斜压行星波的存在范围和其稳定性;得出了稳定的和不稳定的斜压行星波及其空间不稳定判据,并对传统的斜压行星波不稳定理论和判据作出鉴定,重新提出了斜压行星波时间不稳定判据,并讨论其物理含义;还得出了高层和低层斜压行星波相互强迫振动的机制以及不同纬度间扰动振幅的关系。     

行星边界层的中尺度系统和地形对桂北暴雨的影响

利用1978年5月26—27日华南前汛期暴雨实验期的稠密资料,分析桂北暴雨形成的物理原因,发现了类似行星边界层急流型重力波的中尺度扰动系统,同时地形对暴雨的影响也作了讨论。     

纯斜压基流上斜压波的发展和锋生过程

利用地转动量近似和水平坐标变换建立的三维半地转方程,讨论了具有均匀位涡的基态流上非线性斜压扰动的发展和锋面的形成过程。计算结果表明,对于纯斜压流,斜压波的发展既取决于初始扰动,也与基流的垂直切变有关,垂直切变越大,斜压波增长越快。不同的基流.扰动有不同的增长率。对于某个确定的基流,斜压波在各个时刻的特性仅取决于初始扰动。斜压扰动发展到一定程度,形成大的风速和等温线密集区,即产生锋。     

经向基流和地形对惯性重力波的影响

采用分层浅水波方程组和ＷＫＢ方法，分别讨论了经向基流的垂直切变和南北走向的地形对二维惯性重力波的移速，稳定性以及发展的影响。     

EFFECTS OF BOUNDARY LAYER FRICTION AND TOPOGRAPHY ON THE INSTABILITY OF BAROCLINIC WAVES

In this paper,the simultaneous effects of boundary layer and topography on the instability of Eady waveare investigated by using a new parameterization of the vertical velocity at the top of PBL and the influencesof the stratification of the PBL,roughness and the slope of terrain are shown.Furthermore,the effects of theboundary layer friction and topography on generalized Eady wave are also investigated.     

地形对长波和超长波不稳定发展的影响

图3.2.1—3.2.5表示了地形对长波和超长波移动和发展影响的一般规律。如以地形脊对东移西风冷槽的影响为例,当地形相当涡度和扰动涡度的振辐比am/a20较小时,在它越过地形脊时,首先流场槽减弱而温度槽加强,减弱的流场槽以较快的速度移动,而温度槽则相对减慢,越过地形脊后,流场槽又重新增强。我们根据地形的影响,初步讨论了一锢囚气旋在向风坡填塞,在背风坡又重新产生的物理过程。超长波的斜压不稳定的不能发展,是由于温度场东进和流场西退造成的。根据地形脊对超长波脊移动的影响,可以推测,在两个地形超长波脊之间的地区,最有利于超长波脊的不稳定发展。阻塞脊出现频数的地理分布的观测结果和理论推测有很好的一致性。     

非线性斜压不稳定问题中的摩擦和对流凝结加热作用

本文用β平面两层准地转斜压模式,讨论了具有摩擦耗散作用和对流凝结加热作用的斜压不稳定有限振幅问题,并对所得的有限振幅斜压波的振幅控制方程进行了数值积分。结果指出,在无耗散作用时,斜压不稳定波的振幅是周期振荡的。当摩擦耗散作用仅存在于下层时,不稳定波振幅最终趋于一个为零的平衡态;当上下层都存在摩擦耗散时,对流加热强度较弱(即m~*<1),则存在着一个振幅为零,另外两个为非零的多平衡态,而扰动波振幅最终趋于非零的平衡态。对流加热较强时(即m~*≥1),则仅存在振幅为零的单个平衡态,扰动波振幅最终趋于这个平衡态。     

INFLUENCES OF TOPOGRAPHY ON BAROCLINIC SOLITARY ROSSBY WAVES IN A MULTILEVEL MODEL

The KdV equation with topography included in an N-level model is derived. It is shown that if the topography ex-ists. the KdV equation may describe the solitary Rossby waves in the case of basic current without vertical shear, and itis no necessary to introduce the MKdV equation. The results of calculations show that the change of horizontal shearpattern of basic flow may cause an important change of the streamline pattern of the solitary waves with the oddmeridional wavenumber m, and has no effect for the even meridional wavenumber m. The vertical shear increases thesteepness of the barotropic solitary modes, and it has a complicated effect on the baroclinic modes. The influences oftopographic slope on the solitary waves are very great. The southern and northern slopes of topography may cause dif-ferent solitary wave patterns, with the effect of northern slope greater. The effect of Froude number on the solitarywaves is generally to steepen the solitary waves, however, the effect also depends on the meridional wavenumber m andthe modes of solitary wave.     

台风移动规律的研究 Ⅱ.小地形与边界层的动力作用

从支配台风中心移动的基本方程出发，着重分析了小地形（地形高度与台风系统的的垂直厚度相双为小量）的抬升作用和边界层的摩擦作用对台风移动影响的定性特征。结果表明，较高地势对台风有“吸收”作用；边界层摩擦辐合引起的艾克曼抽吸有利于台风产生沿局地流场引导速度方向的加速度。     

台风移动规律的研究 Ⅱ．小地形与边界层的动力作用

从支配台风中心移动的基本方程出发，着重分析了小地形（地形高度与台风系统的垂直厚度相比为小量）的抬升作用和边界层的摩擦作用对台风移动影响的定性特征。结果表明，较高地势对台风有“吸引”作用；边界层摩擦辐合引起的艾克曼抽吸有利于台风产生沿局地流场引导速度方向的加速度。     

EFFECTS OF BOUNDARY LAYER PARAMETERIZATION ON THE MONTHLY MEAN SIMULATION

Treatments of the boundary layer in a five-layer primitive equation model with mixed P—σcoordinates are improved by incorporating similarity theory,which is widely used at present.Twokinds of parameterization schemes of the boundary layer are designed,and static test and numericalsimulation are performed.It is found that the iterative scheme can fairly improve the simulation ofthe mean climate field in July.The abnormally strong heat low over the Tibetan Plateau isweakened to some extent.     

論气压波和温度波的移动

利用一个修正的二层模式,作者推导了在均匀基本气流情况下大气中层气压波和其以下平均溫度波的移速公式.其主要結果如下: 1) 在一般情况下除波数为3—10的波外,溫度波的移动速度大子气压波; 2) 当地面基本气流为西风时,气压槽接近地势高的地方加速,离开时減速,而气压脊則相反. 把这些結果和气压波、溫度波的发生发展联系起来,可以解释一些天气图上出現的現象。 作为上述情况的推广,对在不均匀基本气流情况下气压波和溫度波的移速也进行了討論,其主要結果是: 1) 气压波、溫度波的移速和基本气流的分布有极密切的关系,并主要由后者所决定; 2) 一般气压波和溫度波在高原北侧比在高原南側移动快,但在它們之間位相差很小而振幅差較大时則有例外. 最后,对这些結果和高原以西斜槽、急流沿高原分支、切断低压形成等的联系也作了討論。     

超长波的不稳定与发展的一个初步研究

本文在绝热无摩擦的条件下,讨论了超长波的不稳定与发展。超长波不稳定的控制因子有静力稳定度的垂直差异及风的垂直切变。不稳定的出现要求高空静力稳定度要比低空大,平流层满足了这个要求。风的垂直切变愈大则愈不稳定。 使扰动场对基本场反馈,求出了基本场的垂直切变与静力稳定度的变化方程。发现,扰动对垂直切变的反馈作用很大,而对静力稳定度则很小。根据d/dt(P’+K’)=0(其中P’与K’分别是一个波长中的扰动位能和扰动动能)的条件,求出了扰动发展到极值的时间和振幅。所得扰动发展的时间和极大振幅与实况较为符合,同时扰动极大振幅对于初值振幅具有准保守性。 影响超长波发展的因子除了风的垂直切变与静力稳定度垂直分布的作用外,还有波长。波长的改变对最后所要达到的极大振幅没有影响,而只是波长愈长扰动发展天数愈长。平流层的作用使扰动的振幅低空变小,高空增大。