湍流频散对边界层风廓线的影响

应用包括湍流粘性和频散的新的Reynolds平均动量方程，分析了边界层的垂直风速廓线，发现包含湍流频散的地面层的风速廓线对经典的风廓线指数规律有一个对数规律的修改；而且在不稳定层结下比在稳定层结下，湍流的频散效应更为显；在中性条件下，指数规律退化为对数规律并且Karman常数被另外一个常数所代替，而这个新常数也可以通过相似理论来获得。     

试探大气边界层湍流运动的若干问题

对湍流运动的几个基本理论问题作了一定程度的探讨，并根据湍流动能方程分析了大气边界层湍流产生和发展的能量机制，以此为判据推导了滴运动的凡主范围和物理含意较为清楚的混合长表达式。     

湍流的粘性和频散效应

本文应用Prandtl混合长理论导得了既包含湍流粘性又包含湍流频散的新的Reynolds平均运动方程组.分析指出:(1)湍流不仅存在粘性效应,而且存在频散效应;(2)正是湍流的频散效应可能导致能量逆转(即常说的负粘性现象,实质为一定条件下的负频散现象),并给出了能量逆转的必要条件和充分条件;(3)给出了湍流的KdV-Burgers方程模型.     

大气运动的动能在湍流边界层中的耗散

在大气能量学中,大气平均运动的动能通过湍流摩擦力转化为脉动运动的能量并最终转化为内能的“变性能量”是大气动能的“汇”,正确估计其大小对研究动能的收支,以至天气系统的生衰,发展均有一定意义[1]。此项由于与湍流通量有关,因而难于从大尺度气象参数计算。以往的研究中[2-6],或是将动能平衡方程中其余各项算出,而将此项作为余项估计出,或用地转风由粗浅的边界层模式算出。     

山地中尺度环流中的大气边界层湍流摩擦效应

建立了一个三维原始方程数值模式，模拟在光滑下边界和无滑脱下边界两种情况下，山区中尺度环流的演变过程，指出在弱层结条件下，边界层湍流摩擦效应有利于流场的分离和涡旋偶极子环流的发展；在强层结条件下，表面摩擦效应削弱了分离气流和涡旋性环流的强度，但使其范围扩大。边界层湍流摩擦效应引起的分离流场和尾流区环流与非粘性动力过程引起的流场分离现象，虽然从其表现形式上看完全相同，但是其形成则是由完全不同的物理机制所控制。边界层湍流摩擦效应在上述两种分离流场的演变过程中表现出完全相反的作用。地转科氏力的调整作用在山地背风坡上促进了气旋性辐合环流的发展，而抑制了反气旋性环流的发展。     

湍流边界层中平流与大气运动的动能耗散

本文从边界层运动方程出发,利用地转动量近似解析地给出了根据宏观外参数来求正压边界层中动能耗散的公式,得到了地转风及其平流与局地时变项及纬度的影响。指出了变性能量依赖于气压系统,改进了对变性能量的认识。本结果可直接应用于大尺度模式中以估计边界层的动能耗散,因而对大气动能平衡的研究,对从能量观点研究天气系统的生衰,发展有一定意义。     

行星边界层湍流特征的非线性模式

本文以行星边界层理论为基础,设计了一个定常行星边界层湍流特征非线性模式。根据行星边界层湍流现象具有波动和团块结构的特点,在模式设计中引用了量子化概念,构造了一个适合于大气湍流运动的波函数用以闭合方程组,并在类比的意义下考察了该方案的合理性。采用WKB渐近方法与数值解相结合,对行星边界层湍流特征进行了定量分析,并且与实验资料以及其他作者的模式作了比较。结果表明,本文设计的模式有能力描述定常行星边界层内湍流运动的非线性特征。     

青藏高原大气边界层湍流特征量分析

采用１９７９年青藏高原气象科学实验资料,研究高原陆面上总体湍流送系数ＣＤ和ＣＨ的特征及边界层高度受高原地形的影响。结果表明用廓线法计算的高原上局地的ＣＤ和ＣＨ值比同样粗糙度长度条件下平原地区的值大得多,而且日较差也大于平原地区。     

大气边界层湍流相干结构的识别

首先利用数字滤波方法对淮河流域试验的大气边界层湍流观测资料进行三项分解，将大气边界层湍流的风速信号分解为近似各项同性的小尺度涡和各向异性的大尺度涡。然后再将大尺度涡信号进行离散正交小波分解，寻求相干结构的主要特征尺度。对于大气边界层湍流垂直脉动风速来说，其相干结构的主要特征尺度为16s；对径向与纬向脉动来说，其相干结构的主要特征尺度为32－64s。在此基础上，利用小波的反变换提取出相干结构的信号与非相干结构的信号，并计算两间的相关系数，最大仅有0．02。此外，对原始大气湍流观测信号不进行数字滤波，直接利用本中子波分析法提取湍流相干结构所得结果作比较研究；并探讨了采用对称或似对称离散正交小波对此研究的影响。     

能量频散对台风结构和移动的作用

本文用双Fourier展开的解析方法和β平面准地转正压模式数值试验的方法,研究了台风涡旋能量频散及其对台风路径的影响问题。解析与数值试验的结果一致地表明,由于能量频散,在台风中心以东方向形成了一个低-高-低值系统的波列。三组数值试验的结果表明,波列中的高值系统对台风的结构和移行具有明显的影响。     

频散效应对近地面层风速廓线的影响

应用含湍流频散效应的近地面层的运动方程求解了不同层结下的风速廓线，着重分析了湍流频散效应对近地面层平稳运动的影响。分析指出：湍流的频散效应对经典的幂律廓线一对数修正，该修正在不稳定层结时比稳定层时明显；利用相似理论也得到了该常数。     

EFFECT OF ENERGY DISPERSION ON THE STRUCTURE AND MOTION OF TROPICAL CYCLONE

The energy dispersion of a typhoon vortex and its effect on the typhoon motion are studied using an analyticalmethod of double-Fourier expansion as well as a numerical model in a β-plane nondivergent barotropic framework.The analytic model and the linear version of the numerical model give essentially the same result:the energy dispersionfrom a tropical cyclone can creat an L-H-L wave train to the east of the tropical cyclone.Three numerical experiments,integrated for 7 model days by the nonlinear model,indicate that the closed high in the wave train produces obvious in-fluence on the structure and movement of the tropical cyclone.     

EFFECT OF ENERGY DISPERSION ON THE STRUCTURE AND MOTION OF TROPICAL CYCLONE*

The energy dispersion of a typhoon vortex and its effect on the typhoon motion are studied using an analytical method of double-Fourier expansion as well as a numerical model in a β-plane nondivergent barotropic framework.The analytic model and the linear version of the numerical model give essentially the same result:the energy dispersion from a tropical cyclone can creat an L-H-L wave train to the east of the tropical cyclone.Three numerical experiments,integrated for 7 model days by the nonlinear model,indicate that the closed high in the wave train produces obvious influence on the structure and movement of the tropical cyclone.     

非静力平衡大气非线性层结对称运动的稳定性和突变

在假定了环境地转风具有水平和垂直的线性切变的情况下,考虑大气层结的线性和非线性切变的作用,建立了一个非线性常微分方程组,然后构造了一个Hamilton函数,通过讨论Hamilton函数的凸凹性,得到了非线性层结对称运动的不稳定判据,同时讨论了非线性层结对称运动产生突变的条件。     

湍流大气中水平风速模涨落的相关

推导出湍流度不大时,水平风速模涨落的相关,方差等量与分量风速涨落相应量联系的近似式。計算表明,在大气湍流微結构研究通常遇到的湍流度下,模量的相关与順风分量相关差不多. 說明了小尺度大气湍流中,风速模涨落的空間相关也可以近似地以时間相关来代替. 討論了推导时引入的附加条件在大气中的合理性。     

β项对大尺度大气运动的影响

简要分析了由于柯氏力随纬度变化引起的β项对大尺度大气运动的影响。分大气长波、大尺度涡旋和行星尺度的大气运动三个部分来讨论     

热带和副热带湿大气的大尺度运动

本文对热带和副热带湿大气的大尺度运动的热力学性质和动力学性质进行了分析。结果表明,热带湿大气运动的性质与干大气有着巨大的差异,也与中、高纬度地区的大气运动有着很大的不同。指出热带是位势运动、辐合辐散和上升运动广泛盛行的地区。我们所得的结果与Charney对干大气的分析不一致,也与Murakami对湿大气的分析不一致。我们的结果与实际比较符合,从而证实了谢义炳教授最近提出的空气湿度对大气运动有重要影响的观点。同时,我们提出了一种反映热带大气具有强位势运动特点的风压场的关系,这种关系在任何中、高纬度地区风压场关系的研究中所不曾出现过的。     

海表温度对台风移动的影响

运用１９９０－１９９１年西北太平洋上气象卫星的高分辨率ＳＳＴ，天然图和台风路径图，分析了１７个台风移动与ＳＳＴ的关系，发现它们相关密切，即在无较强天然系统引导的情况下，台风沿着前期ＳＳＴ暖区外围的等ＳＳＴ线并与暖轴平行或者沿着暖轴移动，同时避开行进前方的冷ＳＳＴ区。对西行，西北移，北上和抛物线型４种常见台风路径，选取了５个有代表性的台风和相应的ＳＳＴ场，分别较     

小尺度深凹地形边界层影响因子的数值试验研究

建立了一个针对小尺度深凹地形的、高分辨的、三维非静力的边界层试验模式,通过求解非定常的方程组获得边界层的定常解。有选择地对影响深凹地形边界层结构的不同因子进行了数值试验研究。结果表明,深凹地形的深度Ｈ、坡度α以及初始地面风速ｕ０的大小和初始风速的垂直切变（Ｐ）等因子对边界层的结构有较大的影响,且模式具有较好的稳定性。