非线性动力学和湍流

湍流的发生和发展湍流的描述是一个基本问题.浑沌运动的最近研究表明,确定性的系统可以有不规则的浑沌结果,因此浑沌的研究对解释湍流现象是非常重要的.浑沌和湍流的特点是敏感初条件,并且长时间以后是不可预测的.非线性耗散系统中运动的形态是非常复杂的.可以有定常吸引子,周期吸引子,拟周期吸引子和奇怪吸引子.当控制参数变化穿过分岔点,吸引子的拓扑性质就要发生变化.一般,湍流经过极少数几次分岔即可出现.     

BAROCLINITY AND NONLINEAR EKMAN PUMPING DYNAMICS

With the Ekman momentum approximation,the influence of atmospheric baroclinity on the dynamics of boundarylayer is studied.Some new results are obtained.These results show that the atmospheric baroclinity plays an importantrole in altering the horizontal velocity of Ekman boundary layer and its angle with the horizontal wind velocity compo-nent near the surface.There are three different physical factors affecting the nonlinear Ekman suction,the vertical mo-tion at the top of boundary layer:first,barotropic geostrophic relative vorticity at the ground;second,the thermal windvorticity induced by the baroclinity;and third,the nonlinear interaction between the barotropic geostrophic relativevorticity and the baroclinic thermal wind vorticity.These results may provide a better physical basis for theparameterization of boundary layer and the interpretation of the numerical modeling results.     

斜压性与非线性Ekman抽吸的动力特征

本文利用Ekman动量近似研究了斜压性对Ekman层动力学的影响,得到了一些新的结果。大气斜压性对Ekman层的水平风速分布及近地面的风速矢的水平分量夹角有重要的改变作用。斜压边界层顶部的非线性Ekman抽吸(垂直运动)由三个不同的物理因子决定,第一、正压性的地面地转涡度,第二、斜压性作用产生的热成风涡度,第三、正压性的地面地转涡度与斜压性的热成风涡度的非线性相互作用。这些理论结果为边界层的参数化及数值模拟结果的解释提供物理基础。     

DIAGNOSTIC ANALYSIS ON THE DYNAMICS AND NUMERICAL SIMULATION OF CLEAR AIR TURBULENCE(CAT)

Clear air turbulence(CAT),a meso-or microscale(subgrid scale)phenomenon occurring insynoptic scale flow field at high altitude,is very difficult to be observed by the conventional obser-vation network.Thus it is necessary to approach an index to predict CAT.But at first,the struc-ture characteristics of CAT should be preanalyzed.In this paper,based on the theoretical and diag-nostic analysis of a case,features for wind profile,energy budget and dynamic mechanism of thiscase were presented.Furthermore,an objective and quantitative index for CAT forecast was giv-en.The verification for its efficiency was done with both real-time observation data and productsfrom a numerical model.The results are very encouraging.     

区域旱涝气候混沌动力学可预报性研究

根据西安地区旱涝气候等级近1624a（380-2003年）资料序列,运用非线性系统混沌动力学理论,通过计算气候吸引子的关联维数、Kolmogorov熵和Lyapunov指数,对西安区域旱涝气候的混沌特性和可预报性进行研究。结果表明：西安区域旱涝气候系统是一个具有有限个自由度的复杂的混沌系统。其吸引子关联维数约为3．1,确定性的平均可预报时间尺度约为14．8a,最大可预报时间尺度约为20．7a。     

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。     

南京市近地层湍流结构及输送特征研究

本文利用"城市生物气溶胶研究”中的超声风温仪观测资料,对南京市近地层大气的湍流强度、相关系数、速度谱及通量输送等进行研究,得到南京市近地层湍流结构及输送特征的一些结论.     

大气随机动力学与可预报性

偶然性与必然性过程及其相互转化是世界事物变化复杂性的根源。根据布朗运动统计理论,提出了分子热运动是不稳定流体中湍流形成之源,由此形成不同宏观尺度的随机运动是大气运动固有的属性。观测事实表明,太阳辐射作为决定大气运动与变化的主要因子,它的变化具有随机性,是大气的随机强迫因子,它对气候变化具有决定性影响。地-气相互作用是一个时变的非线性相互反馈的耦合过程,形成了下边界对大气复杂的随机强迫作用,其界面交换耦合随机动力学模式尚待建立。由于大气过程固有的随机性以及随机的外强迫耦合作用,大气确定性预报的时效是有界的,它决定于预报对象的不确定性及其空间尺度与时间尺度,以及预报时效内的大气不确定性。由此,客观存在着大气过程的报不准关系。     

线性和非线性正压不稳定

本文从无摩擦的、无辐散的非线性正压涡度方程出发,利用行波解,在相平面上对方程的平衡点分别导得线性和非线性正压不稳定判据,与传统的不稳定判据作了比较分析。还求得了线性和非线性不稳定波的解析解,计算结果表明,若初始时刻两者波幅相等,则以后非线性不稳定波幅的增长值总小于线性不稳定波幅的增长值。非线性效应有使线性不稳定指数型增长减缓的作用。不稳定使得振幅比初始时刻增大一倍所需要的时间,对于线性不稳定大约是6h,对于非线性不稳定大约是18h,后者与实际大气中的观测事实是一致的。     

LINEAR AND NONLINEAR BAROTROPIC INSTABILITY

Based on a non-frictional and non-divergent nonlinear barotropic vorticity equation and its solutions oftravelling waves,the criteria for linear and nonlinear barotropic instability are gained respectively at an equilibriumpoint of the equation on a phase plane.The linear and nonlinear analytical solutions to instability waves arealso found.The computational results show that if their amplitudes are equal at the initial time,the amplitudeincrements of nonlinear instable barotropic wave are always less than those of linear instable barotropic wave.The nonlinear effects can slow down the exponential growth of linear instability.The time needed for makingthe amplitude double that of initial time by instabilities,is about 6h for linear instability and about 18h fornonlinear instability,the latter is in agreement with the observations in the real atmosphere.     

理查逊数和晴空颠簸的关系

对切变气流中重力内波的稳定性进行了数值计算，结果表明，判别晴空颠是否发生的临界Ｒｉ数随波长，层结稳定度和基本气流变强度的不同而有所变化，预报业务中用Ｒｉ〈０．２５作为预报晴空的指标易出现空报。     

海陆风环流及其湍流特征模拟试验

本文建立了一个采用上实用的Ｅ－ε闭合方案的边界层模式。作为应用，模拟研究了海陆风环流、陆上和海上热力风边界层以及湍流特征。结果表明，海风环流中的湍流能量大于陆风环流中的。     

利用湍流作数值分析及数值预报中的平滑化过程

在高空大范围流型的数值预报中技术上的困难问题之一就是如何消去原始高度场或预报高度场里的小扰动.这种小扰动不论是真的,还是假的(原始场中的观测误差,预报场中的截平误差(Truncation error),地转风假定下原始小扰动的虚假发展等等),都不是预报的对象,因此必须用种种平滑化过程设法除去.     

城市街渠大气湍流结构的小波分析

利用小波分析方法对城市街渠大气湍流场特征进行了初步研究，发现小波变换能够很好地揭示湍流的串级结构和多尺度结构。结合Fourier分析对湍流中不同尺度涡旋对能量的贡献进行了比较，发现噪声能量主要集中在高频处。     

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。     

混沌动力学及其在干旱预测中的应用

本文叙述了混沌动力学产生的科学背景，混沌动力学的基本概念，以及基于混沌动力学的干旱预测的技术方法。     

ATMOSPHERIC TURBULENCE INTENSITY AND DIFFUSION PARAMETER OVER COMPLICATED TOPOGRAPHY OF EASTERN GUANGDONG

Based on observations by a dual-theodolite anemometer tracking balanced balloons and an American Gill UVW anemograph for complicated underlying surface in Meizhou, eastern Guangdong, turbulent fluctuations of the Lagrangian and Eulerian systems are determined for the area. Following the Taylor formular in respect to a few reference frames, horizontal and vertical turbulence intensity and atmospheric diffusion parameters σ_y and σ_x are then computed and compared with those obtained by the PG method and BNL experiments. It is found that within heights less than 100 m above the ground σ_y and σ_x are larger than values of PG and BNL with all conditions of stability and stratification.     

粤东复杂地形上空的大气湍流强度及扩散参数

在具有复杂下垫面的粤东梅州市采用追踪平衡球的双经纬仪观测和美制ＧＩＬＬ三轴风速仪观测，分别测定了该地区拉格朗日系统和欧拉系统的湍流脉动量。然后用不同参照系的泰勒公式，分别计算出大气的水平和垂直的湍流强度及扩散参数，并与ＰＧ法之计算值和ＢＮＬ实验结果比较，发现距地面１００ｍ以上高空在各类稳定度层结条件下大气扩散参数均比ＰＧ值和ＢＮＬ值偏大。