热带大气运动的长波和超长波(二)

本文对热带湿大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L1～104公里,经向扰动尺度L2～106公里)和经向超长波(L1～103公里,L2～104公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与干大气一样为正压无辐散运动;但对于长波和经向超长波,它们的运动特征与干大气有着巨大的差别,在这类运动中,位势部分、辐散辐合和垂直气流相当重要,而且重力内波波速大大变慢,因而可以认定混合的Rossby-重力波是热带长波和经向超长波的一个重要特性。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。从而证实了谢义炳教授最近提出的空气温度对大气运动有重要影响的观点。同时,在假定基本气流U=0的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,证实了上述尺度分析的结果是正确的。     

大气非线性超长波

本文从非线性大气运动方程出发,根据常微分方程的稳定性理论,指出了非线性超长波存在的条件,求得了非线性波动解,它反映了大气非线性波动的特色。本文还对此进行了一些有意义的讨论。     

赤道地区大气的超长波波动

浅水波方程写在赤道β平面上并根据大气运动的平均状态线性化,得到了线性化方程组的特征方程,解出了它的特征根和特征向量。发现由于东风切变的存在,可以产生自西向东传播的Rossby波。还给出了波数为1和2的一些超长波的图形。     

热带大气运动的特征

本文用小参数展开方法,探讨了热带大气中的特征运动及其基本属性.理论分析表明: 热带地区的超长波系统有中纬度长波的类似性质.其快过程是地转适应过程,有重力惯性波的活动;而慢过程在零级近似下是地转风,流场具有水平无辐散性质,在一级近似下是类似Rossby波的慢波,运动满足位涡度守恒的条件. 热带大气中的中间尺度运动,时间尺度远大于平流时间时为旋转风,是一种定常涡旋;时间尺度近于平流时间时,运动是水平无辐散的,且保持相对涡度守恒;若时间尺度远小于平流时间,则表现为重力波的活动. 热带大气中水平尺度近于10~6米     

季节转换期间北半球大气超长波与长波的演变

自1958年伯格(Burger)第一次提出超长波具有与长波不同的力学体系的看法以来,关于超长波的研究受到广泛重视,特别是超长波活动与中长期天气过程之间所存在的密切关系,使人们感到有可能开始摆脱一直沿用短期预报延伸外推的办法来制作中长期预报的做法。我们认为:任何一次中长期天气过程,都必然会受到行星尺度环流的制约。正如《超长波活     

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。     

大气超长波研究情况的初步了解

一、引言长波和超长波是大气中两类性质根本不同的波动. 长波亦称为罗斯贝波,它和地面的气旋、反气旋相对应,波长为3000-6000公里,纬向波数为5-8,一般被认为是一种斜压波.人们很早就对长波加以注意,已经用准地转理论成功地解释了它的许多特性,在短期天气分析和预报中得到了广泛的运用. 超长波的纬向波数为1-3(或4),是一种水平尺度比长波更长的大气波动,它的水平尺度为10~4公里,因为水平尺度可以和地球半径相比拟,所以又称之为行星波.这一类波动的生命史10天左右,这自然就成为中、长期天气预报所关心的波动,它的发展和演     

超长波尺度运动中的快速过程

在[1]中,我们曾经讨论了大尺度运动、中小尺度运动中的快速过程,指出,对大尺度运动,在时间上可以区分出静力适应过程、地转适应过程和水平无辐散适应过程三类快过程.静力适应过程最快,地转适应过程和无辐散适应过程的相对快慢程度与运动的尺度L相对于Rossby变形半径L0的大小有关.当LL0时,地转适应过程比无辐散适应过程快;当LL0时,地转适应过程较无辐散适应过程为慢.对中尺度运动,在时间上可以区分出静力适应过程,不可压缩适应过程和准静力准不可压缩非线性过程三类快过程,     

一个全球大气格点模式和超长波预报问题

本文是作者在“一个修改的σ坐标初始方程”北半球模式的基础上发展全球大气模式的第一个报告.文中给出了这个全球格点模式方程组的基本计算方案;并对一个全球大气形势预报的实例进行了分析,与半球模式预报的结果作了比较,讨论了有关超长波的预报问题.     

第八讲 长波和超长波动力学

在对流层中上层,流场型式多呈波状,系统的尺度比较大,一般围绕整个地球有3—6个波,且自西向东缓慢移动,这就是大气长波(或称Rossby波)。在对流层上层和平流层低层,有更大尺度的波动,其水平波长比一般长波长,通称为超长波。长波和超长波的活动同天气演变有密切关系,往往是造成大范围天气变化的重要条件。本讲将讨论长波和超长波的一般动力学特性及其活动的基本规律。     

热带大气中的地形强迫运动

本文研究了在基本气流无切变和有切变的情况下地形对低伟大气大尺度定常运动的影响。从赤道β平面的线性化正压原始方程出发,求得一个解析形式的地形影响函数。对它的分析表明:大气的受迫运动不仅取决于越过山脉的基本气流的方向,而且还与山脉所处的纬度以及山脉的尺度有关。当适度的西风越过山脉时,会在背风侧形成地形槽。在线性模式中,基本气流的东西风切变对地形强迫波的经向伸展范围起限制作用。利用本文的模式,对东南亚近赤道地区的气压场和流场进行模拟,其结果与观测事实定性一致。最后,本文还讨论了越赤道气流通道的形成机制。      

热带大气运动的Rossby孤波

广东热带海洋气象研究所     

1982-1983厄·尼诺年夏季北半球热带和副热带大气超长波能量分析

统计分析表明,强厄·尼诺事件发生后,热带和北半球气温将升高、气温上升较海温滞后2个季节。此外,夏季风主要系统(如副热带高压等)的加强也比海温增暖滞后1—2个季节。可见,厄·尼诺对夏季大尺度环流和天气异常可能有一定的影响。作者曾以1982—1983年厄·尼诺事件为例,分析了这两个夏季大气环流的主要特征,发现1983年热带副热带对流层上部南亚高压强,大洋中部槽(TUTT)加深;赤道东风急流减弱;副热带高压加强,热带大气平均温度升高等现象。进一步分析还发现,1982     

热带大气和海洋的半地转适应和发展运动

半地转适应和半地转发展是热带大气和海洋运动的两种基本形态,它们在时间上是可分的,反映了不同的物理过程。当初始扰动作用于大气或海洋时,首先将激发出重力惯性波,当重力惯性波频散后,建立起半地转的平衡状态,此后运动进入到以Rossby波(长波或短波)、Kelvin波和混合波中的Rossby短波为主导的发展状态。文中研究的纬圈半地转适应和发展运动,是Gill长波近似模式的理论基础。同时研究了经圈半地转适应和发展运动,实际上这相当于短波近似模式,它可以应用到研究海洋经圈边界附近的一类问题。     

热带大气发展运动的低频模式

当热带大气运动的适应过程完成后,即进入到缓变的发展运动,描写发展运动的模式有Gill的长波近似模式以及作者提出的短波近似模式.文中在分析这两个模式的特点和不足之处后,提出了低频近似下的发展模式.如f0是热带地区典型的科氏参数值或惯性振荡频率,设运动的特征频率为σ,则长波和短波近似的成立条件之一,要求σf0.而低频近似模式要求σ2f02,即对运动频率的要求比长波或短波近似模式降低一个量级,因此适用性更广.     

热带大尺度大气运动的多时态特征

本文采用多时间尺度方法分析热带大气的大尺度运动,得到了三个阶段的运动性质。结果表明,热带大尺度大气运动与中纬度大尺度大气运动一样,具有双适应现象,即第一阶段由于重力波频散,产生了地转适应;第二阶段由于长波频散,产生了位涡适应。 同时指出,运动的三个阶段的演变过程,可以统一为位势涡度适应过程,这是一种非线性过程,而地转适应是位涡适应的初级阶段。     

地形强迫超长波在大气中传播的时间特性

本文用中纬度β平面准地转模式模拟地形强迫的超长波在大气中传播的时间特性.结果表明,超长波的垂直传播能力随着波长的增大而增强.在冬季的基本气流条件下,纬向波数1至3的超长波都能上传到平流层,而波数4以上的波只在对流层中才显著.结果还表明,地形强迫的超长波在形成一定时间后,将围绕某固定经度作东西向摆动,这种水平移动的准静止性是地形的动力控制作用的结果.这些结果与观测及其它理论研究的结果都较为一致.     

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。