非线性斜压Ekman层的动力特征

本文研究了斜压性对非线性Ekman层内的风场及顶部垂直速度的影响。结果表明,斜压性将改变其非线性Ekman层内的风场及顶部垂直速度,其影响随着系统特征与热成风特征的改变而改变。在本工作中,还用地转动量近似的方法作了相应的研究,并将其结果作了相应比较。     

非线性Ekman层的动力特征

本文研究了由于非线性平流作用所引起的对于Ekman层内风场及顶部垂直速度的影响。结果表明,非线性作用将减弱Charney与Eliassen所得出的垂直速度的强度,非线性的影响也是随着系统特征的改变而改变的。在本工作中,还将非线性解与地转动量假定下的解加以比较与分析。     

山地上空的Ekman抽吸

在本文中,利用文献的理论结果,设计了一个椭圆形的大小地形,研究西风急流通过这些地形时,边界层顶部垂直速度的分布特征。     

斜压性对地转动量Ekman流的影响—理论分析

本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解，解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化（即热成风）的影响，尤其是其中一级近似解完全由热成风影响所致。在边界层顶垂直速度的解中导出了三种由斜压效应引起的Ekman抽吸新物理因子，即热成风形变、热成内涡度及热成风涡度交叉项等抽吸因子。分析表明，这些因子只在具有水平温度梯度不均匀的系统（譬如锋区）中方能出现。文中还对锋区内上述三种抽吸因子的动力特征作了具体的分析，指出在锋区这 样的强斜压系统中，此三种抽吸因子的贡献是显著的。下一文中，我们将利用本文所得理论解对斜压效应进行具体的定量计算。     

斜压性对地转动量Ekman流的影响——理论分析

本文研究了斜压效应对地转动量Ekman流的影响。利用两变量奇异摄动方法求得了边界层中风场及顶部垂直速度的前二级一致有效渐近解析解,解中明显地反映了斜压情形地转风随高度变化(即热成风)的影响,尤其是其中一级近似解完全由热成风影响所致。在边界层顶垂直速度的解中导出了三种由斜压效应引起的Ekmon抽吸新物理因子,即热成风形变、热成风涡度及热成风涡度交叉项等抽吸因子。分析表明,这些因子只在具有水平温度梯度不均匀的系统(譬如锋区)中方能出现。文中还对锋区内上述三种抽吸因子的动力特征作了具体的分析,指出在锋区这样的强斜压系统中,此三种抽吸因子的贡献是显著的。下一文中,我们将利用本文所得理论解对斜压效应进行具体的定量计算。      

线性与半地转斜压Ekman层中大气运动的动能耗散

本文分别用线性与半地转斜压Ekman层模式,解析地给出由宏观外参数来估计斜压Ekman层中动能耗散即变性能量的公式。结果表明,斜压性对变性能量有较大影响,其影响程度随系统特征与热成风特征的改变而改变,从而加深了对变性能量的认识。     

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。     

斜压罗斯贝波非线性问题的研究

本文利用两层斜压准地转模式,讨论了波-流相互作用问题,得到以下结论:(1)当大气中基本流切变较大时,波流间能量交换明显。切变较小时,波幅变化较小;(2)在较小的基本流切变下,波动可出现稳定的平衡态,此平衡态多为相当正压状态;(3)斜压波在发展过程中,温度场和流场之间具有制约关系。     

非纬向基流的非线性斜压不稳定

本文从含Ekman摩擦的非线性两层斜压模式出发,应用Serrin-Joseph的能量方法,按变分原理,分别用扰动总能量、总位涡拟能和两者的线性组合导得了非纬向基流的非线性斜压稳定性判据。并和线性判据作了比较。     

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.     

EKMAN PUMPING OVER MOUNTAINS

The analytical results of the previous paper(Wu,1989)are used to study the properties of vertical veloc-ity distribution at the top of the boundary layer.The relative position of a jet like geostrophic flow and el-lipse-shaped orography will affect the characteristic feature of vertical motion at the top of the boundary layerwhen the contributions of friction and orography are taken into consideration simultaneously.     

EKMAN PUMPING OVER MOUNTAINS

The analytical results of the previous paper(Wu,1989)are used to study the properties of vertical veloc-ity distribution at the top of the boundary layer.The relative position of a jet like geostrophic flow and el-lipse-shaped orography will affect the characteristic feature of vertical motion at the top of the boundary layerwhen the contributions of friction and orography are taken into consideration simultaneously.     

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.     

非线性正压亚临界不稳定

文中提出了一个新的广义能量作为Lyapunov函数,导出了包含两个联立不等式的一种新的非线性正压稳定性判据。并指出其中一个不等式是初始扰动振幅小于某一临界值,另一个则是摩擦系数大于另一临界值,前者对后者有很强的约束。该判据表明,在实际大气中对于有限振幅扰动容易产生正压亚临界不稳定,它大大地改进了以前的结果。     

非线性正压临界不稳定

文中提出了一个新的广义能量作为Lyapunov函数,导出了包含两个联立不等式的一种新的非线性正压稳定性判据.并指出其中一个不等式是初始扰动振幅小于某一临界值,另一个则是摩擦系数大于另一临界值,前者对后者有很强的约束.该判据表明,在实际大气中对于有限振幅扰动容易产生正压亚临界不稳定,它大大地改进了以前的结果.     

经典Ekman流,Ekman层的平衡风场及其扰动稳定性

本文首先利用变分方法,考察了边界层运动能量的变化,指出经典Ekman流是在不可压缩条件下,能量积分达最小值时的一种平衡运动。这对Ekman层运动的物理本质有了进一步的认识。其次,讨论了Ekman动量近似下的Ekman层的平衡风场特征,研究了该平衡风场附近扰动的稳定性问题,结果表明,在自由大气气压场不发生扰动条件下,Ekman层中存在一类新的与惯性不稳定相类似的动力不稳定,且其不稳定性可与Ekman抽吸相联系,还讨论了一般性条件下的扰动不稳定性问题。