低层不稳定大气边界层中的地形阻力

采用两层大气模式,通过求解线性化大气动力学—热力学方程组,得到在上层稳定层结覆盖的不稳定大气边界层中,简单三维地形引起的地形波及其波动阻力的解析表达式。讨论了地形及大气条件对地形波及波动阻力的影响。结果表明:即使在大气低层为不稳定边界层时,三维地形引起的波动在大气动量平衡中仍可起明显作用。     

大气中粘性效应对三维地形波及其波动阻力的影响

采用两层大气模式, 通过引入瑞利摩擦系数来定性描述大气中粘性机制, 讨论了粘性效应对三维简单地形波及其波动阻力的影响。结果表明,无论低层大气为稳定层结还是不稳定层结, 大气中粘性的存在将减弱地形波的强度, 减小其产生的波动阻力     

二维波状地形上的流场

本第一部分，在一个简化的二层模式中，求解大气波动方程，得到了二维波状起伏地形上扰动流线的分析解，研究在上、下两层大气中，不同的温度廓线和风速廓线情况下，地形引起扰动流场形式，同时讨论了支配扰动振幅的大气因子和地形特征。章第二部分，利用大气非静力方程组求出几种大气条件下流场扰动的数值解，并和分析解做了比较。     

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。     

二维波状地形上的流场

在一个简化的二层模式中，求解大气波动方程，得到了二维波状起伏地形上扰动流线的分析解。研究了在上、下两层大气中，不同的温度廓线和风速廓线情况下，地形引起扰动的流场形式，同时讨论了支配扰动振幅的大气因子和地形特征。分析解的结果表明:若大气低层为深厚的不稳定层，地形引起的波动很微弱;如低层大气强稳定，上层大气弱稳定，则可能产生较强的波动;而当上层稳定度增加时，可产生非陷波，有利于高层动量下传，造成较大的地面风速。     

地形对低空地转基流中波动稳定性影响的进一步研究

用一个带地形的两层均质流体线性模式，考虑了下层流体平均厚度不均匀性的影响，研究了低空地转气流中波动的传播和稳定性。     

地形对地转气流中重力惯性波稳定性影响的进一步研究

用一个带地形的2层均质流体线性模式，考虑了下层流体平均厚度不均匀性的影响，研究低空地转气流中波动的传播和稳定性。     

大地形和外源激发的定常和非定常的行星波动

利用包括地形和外源的涡度方程，讨论了大地形和外源产生的定常和非定常行星波动，结果显示，在西风带，地形和外源都能激发出定常和非定常行星尺度波型扰动，在东风带只能产生地形和外源附近的衰减型扰动，对非定常流场，西风带中只能在地形或外源的下游激发行星波动，在地形和外源的上游没有扰动流场产生，当时间ｔ≥ｘ／ｕ时，在下游可得到稳定的行星波动，小于这一时间，行星波动处于建立过程中；在东风带，地形和外源激发的衰减     

地形对重力惯性波发展的影响

本文研究了具有南北坡的地形对重力惯性波发展的影响。利用WKB方法，建立了含地形作用的重力惯性波能量方程。研究结果表明:在层结稳定的情况下，当扰动“上坡”（沿地形高度的升度方向传播）时，其能量将减少，即扰动将减弱；当扰动“下坡”（沿地形高度的负升度方向传播）时，其能量将增加，即扰动将发展。如层结为不稳定，情形则相反，即扰动“上坡”时将发展，“下坡”时将减弱。此外，文中对波动的稳定性问题也作了一些讨论。     

二维地形的地形阻力

讨论了在上部稳定层覆盖的不稳定大气边界层中,二维地形扰动所引起的上层波动以及扰动速度的动量通量输送,表明在大气低层层结不稳定时,波动仍可能在大气动量平衡中起明显作用。     

一个双波地形重力波拖曳参数化方案

当地形次尺度强迫的作用与显式的经典动力作用效应相当时,地形重力波拖曳力对于环流的维持,以及动量和热量通量输送的动力效应变得十分显著。这种地形次尺度拖曳作用项可通过参数化的方法,在动力方程中加入额外的小项而引入数值模式。目前成熟的地形重力波拖曳参数化方法,如第1代基于线性单波理论的参数化方案;以及侧重考虑了临界层作用等因素对拖曳力的额外贡献的第2代参数化方案,都无法有效表达风速垂直变化引起的波动应力随高度变化的特征。基于上述考虑,本文给出了一个双波参数化方案用于计算地形重力波拖曳中由线性自由传播重力波造成的波动应力的垂直分布。通过二阶WKB近似,它对由风速垂直变化引起的对波动应力的选择性临界层吸收过程和经典的临界层吸收过程做了显式处理;而在不发生临界层吸收现象的地区,则用两个单波同时在垂直方向上进行应力的传播,并利用波饱和标准进行应力耗散。进一步地在真实地形(以大别山地区为个例)条件下的测试结果表明,通过在不同理想风速廓线以及北半球冬季中纬度纬向平均风廓线下对波动应力垂直分布的计算,证明该方案确实能有效地给出应力随高度变化的特征。     

三维多层流过山产生的山地重力波研究

为了研究了三维多层气流过山产生的三维山地重力波和大气船波动力学理论,在本文中,改进了一个多层流过山的三维山地重力波的线性理论计算模式,分析了三维多层流过孤立山地产生的三维山地重力波和大气船舶波的物理机制及其表现特征。揭示了多层流过孤立地形产生发散模态和横波两种模态拦截背风波的气象条件,增强了人们对山地重力波动力学的理解和对山脉重力波及其相联系的山脉天气的预测能力。     

地形引起的重力内波的水槽实验

利用不同密度分层的盐水模拟稳定层结大气条件 ,在水槽中成功地模拟了两层大气分层流中二维山脊引起的地形波 ,得到的波动图像与线性理论模式结果在定性上基本一致     

中尺度大气波动的波谱和谱函数——数学模型和计算方法

作者得到了准二维Boussinesq方程组，并用其研究了中尺度大气波动的波谱和谱函数。在一定条件下对该方程组线性化并取标准模后，可将其初边值问题转化为矩阵的广义特征值问题来进行数值求解，这样就可知原问题波谱和谱函数的性质。当无基本流且取地转参数、层结参数为常数时，可求得其波谱和谱函数的解析解。此时该模式中仅包含有一对重力惯性内波模态，且各模态均是简谐波；模态越高，垂直波数越大则波动传播得越慢，所有的模态均为离散谱，并存在聚点。对此作者用数值解作了验算，结果表明，该数值求解方案合理可行，对不太高的模态其精度也令人满意。在无基本流然而考虑层结的垂直变化后，则一般无法求取解析解，为此进行了数值求解。这时该模式仍仅包含有一对重力惯性内波的离散谱模态，不过由于层结参数的变化，各模态结构与简谐波出现了偏差。     

非线性重力波的一种特殊形态

本文采用自然坐标系，在一定的条件下对正压和有层结的动力学模式中的一种辐散运动进行了描述，得到了一组非线性重力波的解析持解．文中对这种波动的特点进行了分析．其结果对深入认识环流变化的动力学机制具有意义。     

线性和非线性地形罗斯贝波

本文在半地转概念下,讨论了线性和非线性地形罗斯贝波的稳定性及其解。指出:线性和非线性稳定性判据形式一致。在线性时,地形东西向及南北向坡度对稳定波动的周期和传播速度有明显影响,其解为周期函数;在不稳定时,解为非周期函数。二级近似时其解为孤立波形式——不稳定时,在地形不同位置可形成东移或西移的孤立波槽或孤立波脊;而在稳定时只形成孤立波槽。三级近似时解出现间断点。     

不稳定边界层下地形重力内波

水槽实验及线性理论研究表明,当低层大气处于近中性或不稳定时,如果地形引起的动力扰动足够强,地形扰动可在上部稳定层结中激发出重力内波,波动反过来影响低层流场,引起动量输送。低层大气处于近中性或不稳定时,地形波同样对大气运动可产生波阻,这应引起模式工作者的重视。最后讨论了大气粘性对中性或不稳定层结下地形波的影响。     

地形和时间平均基流作用下的广义波作用守恒量及其频散过程

应用几何光学中的射线理论，求得了地形和时间平均基流作用下的波动射线解以及广义波作用守恒量。讨论了青藏高原在冬夏两季环流形势下对波作用量传播的作用。结果表明：地形对波动的频散具有明显的屏障作用，这种作用随波长的增长而增强，并且具有明显的季节性。     

对流云街激发的重力波和波动阻力

大气边界层中的对流活动,可以在其上部稳定层中激发出重力波,并引起垂直动量输送,影响到对流层和平流层中的动量平衡过程.从二层模式中大气波动方程的线性解出发,得出了对流云街激发的重力波波阻解析表达式,并讨论了大气条件对波阻的影响.这些分析可有助于大气环流模式(GCM)中此类重力波波阻参数化表达式的建立和改进.     

地形强迫对大气长波调整的可能影响

地形作为大气的外部强迫,其动力和热力作用对波动结构演变及极端天气出现都有不能忽视的作用。本文通过数值求解考虑地形强迫的β平面正压准地转位势涡度方程,探讨了地形强迫作用对大气长波调整的可能影响,结果表明:同非线性作用和纬向非均匀基流作用一样,无基流情形下具有纬向差异的地形分布影响了大气长波结构的演变,也能强迫出大气长波调整现象。大气长波调整依赖于地形的高度和地形分布,地形越高,长波越容易出现波数的调整;地形波数越大,即地形结构复杂,越不易出现波数变化。大气长波调整还与纬度有关,纬度越高,β越小,地形强迫作用越突出,长波调整容易出现;反之,低纬度以β效应为主的线性波动不易出现波数调整。大气长波调整对波动初始波动的振幅不敏感,但依赖于波动的初始结构。此外,有基流作用时,地形强迫还是诱发定常波的重要因素,且定常波流场结构依赖于地形高度分布,与波动初始结构无关。