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。     

大尺度大气运动的动力学

1.引言动力气象学是研究同天气和气候有关的大气运动的学科,但动力气象学家惯于强调天气尺度和行星尺度的运动。在过去四年中,有关天气尺度和行星尺度运动的动力学已取得许多令人鼓舞的成果,其中许多与大气运动短期变化的各种形态有关,而这些短期变化可以由内因引起,也可以由外因造成。若干研究已超越了传统的扰动处理方法,在那种传统处理中,扰动被假定为叠加在一种纬向对称的基本状态上。目前,关于准静止纬向非对称气流的动力学,以及关于这种气流对瞬时环流的控制作用的认识,已有了重大的进步。在这篇评述中,将重点介绍研究对流层中天气     

大尺度大气运动的浑沌形态

本文用一个确定的强迫耗散的八维非线性自治系统描述大尺度斜压大气的运动。在一定的热力强迫范围,流型演变显示出浑沌形态。随着热力强迫的渐变,发生了浑沌形态与周期形态之间的多次转换。在浑沌区内又清楚地显示出周期3和周期6的窗口。 流型演变的周期形态,相应于夏半年对流层上层副热带高压中心沿东西方向的周期的低频振荡。转为浑沌形态后,这种规则性的低频振荡即遭到破坏。这个副热带高压周期性东西振荡的建立与破坏的现象,与实际大气的观测事实十分相似。     

大气大尺度水平运动的稳定性

本文对大气大尺度水平(惯性)运动的稳定性进行了简单的理论分析,着重讨论非线性的影响.结果表明:与线性情况下满足惯性稳定度条件的运动为稳定态否则为不稳定态不同,在非线性条件下,即基本纬向气流的涡度随纬度有变化时(线性或非线性变化),运动会出现分岔现象,在惯性稳定区还会产生不稳定的平衡态,在惯性不稳定区还会出现稳定的平衡态.在运动的惯性不稳定区,如果基本气流的涡度随纬度非线性增加,则当初始位置的地转偏差达到某一强度时,运动可发生一种月尖形突变.     

大尺度大气运动的耗散结构

一个远离平衡的开放体系,在非平衡变化达到某一临界点时,系统通过不断地与外界交换能量和物质,就可能转变为一种新的时间、空间或功能的有序状态。这种非平衡条件下新的有序结构,被普利高津学派称之为耗散结构。耗敞结构只能在满足一定约束的非线性系统中显现。在一维自治系统的情况下,对于包含三次方非线性项的微分方程而言,相应的广义势函数可能出现势阱或势垒。如果非线性项限于     

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     

大尺度大气运动的形态与耗散结构

Lorenz低谱途径,作为一种简化方式,满足丑纪范提出的简化大气动力学方程组的准则.准地转斜压波和地形驻波是大尺度大气运动的两类重要形态,它们都具有耗散结构的特色.     

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。      

热带太平洋异常暖水期的大尺度海洋-大气相互作用

本文利用一个简单的海气耦合模式研究了赤道太平洋异常暖水期(El Nino)的大尺度海气相互作用效应.研究主要集中于有关El Nino期间在热带太平洋上空观测到的双元自然态可能存在的海气反馈机制问题.数值实验的结果表明,西太平洋和东太平洋上空的表面风在相互作用中起着明显不同的作用.相互作用的净结果是沿赤道产生一个持久缓慢西移的正海平面温度距平,这与观测相符.同时也表明,由于太平洋Walke环流和大尺度海洋异常之间的耦合作用的结果,一个相互作用系统较之非相互作用系统更可能支持强 El Nino事件.     

热带大气运动的Rossby孤波

广东热带海洋气象研究所     

大尺度大气运动年际变化的数值研究

大尺度大气运动的流型和区域性气象要素随时间的演变,均具有比较清楚的年际变化。流型和要素年际变化的若干统计规律,正在长期天气预报和气候预报的业务中被广泛运用。目前,关于年际变化形成机理的问题已日益受到重视,这将为相应的预报方法提供动力学的理论基础。     

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.     

大尺度垂直运动对大气对流现象的作用

天气尺度的垂直运动(在水平范围为数百到数千公里的地区内垂直速度有着同一特点)是大气中产生一些天气现象的原因。例如,上升运动对低压区层状云系的生成有着决定性的作用,而下沉运动则阻止高压区产生这些云。但是应当指出,在上述作用中,垂直速度的特点及其随高度的分布都很重要。由连续方程而就到的下式     

正压大气中大尺度运动的涡度熵

本文在引入涡度熵概念的基础上,在绝热和无摩擦作用的情况下,对正压大气中大尺度运动的涡度熵的产生进行了讨论。指出β效应,辐散效应和地形作用是产生涡度熵的因子,而且我们还用涡度熵的概念对大气中偶极子阻塞的形成过程进行了解释,加深了我们对偶极子阻塞形成过程的理解。     

大尺度大气运动的倍周期分叉和流型的非周期演变

本文提出了一个控制斜压准地转气流运动的八维非线性自治系统。随着非绝热强迫参数的变化,流型的演变显示出倍周期分叉,比值(r2-r1)/(r3-r2)近似等于Feigenbaum普适常数。越过分叉点r∞后,形成具有四片的怪引子,其结构与三维的Lorenz怪引子及Rössler怪引子不同。     

山脉对大尺度大气运动系统影响的实验室模拟

通过线性分层旋转流体的实验室试验,分析了翻越山脉的大气大尺度运动的模拟问题。分析表明,在f-平面模型条件下其相似标准须包括匹配Rossby数、Burger数和Ekman数以及用流体深度标准化了的山地高度函数。流体深度与地形宽度之比不具有零阶重要性,这使实验室的模型能够使用夸大了的垂直尺度对于水平尺度之比。模型在大气参数变化范围内,让f-平面西凤气流翻越落矶山。对不同深度的平面流型和不同的系统参数值作了定量分析。实验对于山地上空的脊、山地东部的下游槽以及脊和槽的一般走向,都给出了相当合理的结果。试验还指出,当流体以平均风速相对于一个观测者移动时,在山地中部的东南方可以找到一个闭合的气旋性涡旋。当Rossby数增大时,该气旋扰动将越来越移向东北。此外,在山地中心的正北方,沿着山脊有一个静止的反气旋涡旋。该反气旋的位置随着Rossby数的变化并不十分敏感。还展示了落矶山模型南部、中部和北部垂直剖面上流体的运动状况。这些运动呈现尾流流型的特征,尤其垂直运动场是如此。最后,试验给出了一个位于模型中部上空,具有切断低压的槽向东平流的情况。在山脉上游切断低压略微移向东北,而在穿过山峰时明显折向南方;切断低压的中心在翻越山脉时加速,然后在山脉的背风坡减速。实验室中的这些结果定性地类似于大气中切断低压翻越落矶山脉时的观测结果。     

热带大气运动的长波和超长波(一)

对热带干大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L_1～10~4公里,经向扰动尺度L_2～10~3公里)和经向超长波(L_1～10~3公里,L_2～10~4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,与长波的情况一样为正压无辐散运动;但在经向超长波时,则涡度方程中存在辐散项,这一结果与Matsuno得到的在热带存在Rossby波和惯性-重力波混合的情况是一致的。同时,在存在基本气流切变的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,结果指出,当n≥1时,Rossby波和惯性-重力波是可分的;当n=0,而纬向尺度L_1～1000公里时,存在混合Rossby-重力波,这就证实了上述尺度分析的结果是正确的。于是,把尺度分析的结果与热带波动运动中Rossby波和惯性-重力波是可分的或混合的特性统一了起来。