Nonlinear Shallow Water Theories for Coastal Waves

Ocean waves entering the near-shore zone undergo nonlinear and dispersive processes. This paper reviews nonlinear models, focusing on the so-called Serre equations. Techniques to overcome their limitations with respect to the phase speed are presented. Nonlinear behaviours are compared with theoretical results concerning the properties of Stokes waves. In addition, the models are tested against experiments concerning periodic wave transformation over a bar topography and of the shoaling of solitary waves on a beach.     

热岛环流的动力学分析

文中根据线性化的大气方程组求得了城市热岛环流的理论模式。利用此模式分析了温度场和流场的三维结构,并和观测结果做了对比。在解析解中,研究了大气条件诸如风速、湍流扩散系数、Ragleigh摩擦以及层结的影响,同时讨论了重力波对温度分布垂直结构的效应。     

城市区域南北朝向室内表面温度特征

使用12月、4月、8月昆明城市区建筑物室内小气候的观测资料,分析了室内不同方位的墙体表面温度的特征、变化规律及差异。结果表明：南北朝向房屋不同内壁表面温度存在显著的时间和季节变化,4月和8月内壁表面温度较高,12月较低;12月室内表面温度变化受房屋朝向影响十分显著,4月和8月影响较小;南屋12月夜间S壁表面温度最大,昼间E壁最小;4月和8月则反之,夜间E壁表面温度最大,昼间S壁最小;北屋3个月份内夜间E壁表面温度均最大,昼间N壁最小。以上所得结果可为探讨房屋微气候特征和形成机制、原因,建筑物的合理设计和规划,以及改善人们居住环境的深入研究提供依据,并且为其它地区的相关研究提供参考。     

纬向切变基流中的非线性Rossby波

本文在半地转近似下讨论了纬向切变基流中的非线性正压Ｒｏｓｓｂｙ波，给出了存在波解的切变基流条件。     

表面气温内部变率估算方法的比较研究

本文利用37个CMIP5模式和CESM（Community Earth System Model）包含40个成员的超级集合试验的表面气温预估数据，比较了工业革命前气候参照试验、多项式拟合法和方差分析方法这三种目前在国际上运用较多的方法所估算的表面气温内部变率的异同，分析了内部变率的估算对气候预估中信号萌芽时间（TOE）的影响。结果表明:若采用CMIP5多模式集合，则工业革命前气候参照试验和多项式拟合法都是估算内部变率的合理方法，而方差分析方法则由于包含模式性能自身的影响会夸大内部变率故不推荐使用。内部变率的全球分布呈现出极向强化的现象，中高纬度地区的内部变率幅度远大于热带、副热带地区。内部变率受不同排放情景的影响较小，且随时间无显著变化，但方差分析方法估算的内部变率在热带地区容易受到排放情景的影响。若基于类似CESM这样的单个气候模式的超级集合模拟试验来估算内部变率，三种方法估算的结果相似。不同方法估算的内部变率对TOE的影响主要位于北大西洋拉布拉多海、南大洋威德尔海和罗斯海等邻近海洋深对流区。对于中国区域平均来说，基于CESM超级集合模拟试验，三种方法估算的内部变率与强迫信号之比都小于15%；对CMIP5多模式集合，采用工业革命前气候参照试验和多项式拟合法得到的结果与此接近，但若采用方差分析方法则显著高估内部变率的作用。     

切变流中的CISK机制与惯性重力波

利用板对称，有切变的大气动力学方程组，由行波法导出非线性微分方程，通过非线性稳定性理论讨论方程的稳定性，求解了ＫＤＶ方程，并讨论了线性ＣＩＳＫ，非线性ＣＩＳＫ，惯性稳定度参数和大气风速垂切变对惯性重力孤波强度和宽度的影响，目的早通过了解影响惯性重力孤波发展的因子，更深入地理解低纬中尺度天气系统形成和发展的过程。     

波粒相互作用导致环电流质子沉降的卫星共轭观测

波粒相互作用是环电流损失的重要机制之一,但波粒相互作用导致的环电流离子沉降而损失迄今为止缺乏直接的观测证据.基于磁层及电离层卫星的协同观测,本文报道了发生在2015年9月7日,由电磁离子回旋波(EMIC波)导致环电流质子沉降的共轭观测事件.在等离子体层的内边界,Van Allen Probe B卫星观测到,存在EMIC波的区域和不存在EMIC波的区域相比,离子通量的投掷角分布的各向异性变弱.我们将Van Allen Probe B卫星沿着磁力线投影到电离层高度,同时在该投影区域内DMSP 16卫星在亚极光区域观测到环电流质子沉降.而且,通过从理论上计算质子弹跳平均扩散系数,我们进一步证实观测的EMIC波确实能将环电流质子散射到损失锥中.本文的研究工作为EMIC波导致环电流质子沉降提供了直接的观测证据,揭示了环电流衰减的重要物理机制:EMIC波将环电流质子散射到损失锥中,从而沉降到低高度大气层中而损失.     

规则波和不规则波条件下射流实验对比

利用三维声学多普勒流速仪分别对规则波和不规则波条件下垂向圆管射流的流场进行了测量。在规则波条件下,靠近自由表面的射流垂向速度横剖面出现了较为明显的"双峰"现象,相较而言不规则波条件下射流垂向速度横剖面保持更好的高斯分布,"双峰"现象更不明显。在波能密度和波能通量一致的比选原则下,射流在规则波条件下的轴线速度衰减在初始段较不规则波条件要快一些,这与上述 "双峰"现象存在一定的关系。     

波浪及波流边界层泥沙起动规律

基于波浪边界层理论及单向流泥沙起动Shields曲线,推证出波浪泥沙起动Shields曲线;基于波流边界层理论,提出表述波流边界层动力特征的波流比因子X及非线性作用因子Y,并建立了Y与X的相关关系;在此基础之上,结合单向流及波浪泥沙起动Shields曲线,推证出波流共同作用下泥沙起动Shields曲线。结果表明:波浪泥沙起动Shields曲线在层流区与单向流光滑紊流区曲线保持一致,粗糙紊流区与单向流粗糙紊流区曲线保持一致,过渡区线型为折线,由层流区及粗糙紊流区曲线延长交汇获得;X及Y能够合理地表征波流边界层动力对比特征及非线性作用特征;波流泥沙起动Shields曲线介于波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间,随着波流比因子X的不同,依据非线性作用因子Y,自动在波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间非线性过渡。建立的波流泥沙起动Shields曲线与试验结果吻合较好,且能够概括单向流、波浪及波流等不同动力及细沙、粗沙等不同粒径的泥沙起动条件。