低纬大气振荡的一个非线性模式

本文根据低纬大气基本要素场的分布特点,对控制低纬大气运动的方程组作了某些简化,建立了一个应用赤道β平画近似的描写低纬大气固有振荡的非线性模式。从这个模式出发,本文讨论了:(1)没有气压场影响时的纯惯性振荡;(2)考虑气压场且假定气压场是y的对称函数时的惯性振荡;(3)振荡平衡点的稳定性和在一定条件下出现的分岔现象;最后分析了纬向风速振荡周期变化的数值结果。本文研究指出: (i)纯惯性振荡只是在低纬的西风流场中才存在,纯惯性的线性振荡的圆频率为ω₀=√β₀μ₀*,相应的振荡周期为一到两周。在非线性条件下,出现两种圆频率的振荡:ω₀=√β₀μ₀和ω₁=1/2β₀y₀,但一般对线性振荡的结果影响不大,只是在出现孤立子振子时(此时ω₁=ω₀),振荡周期迅速增长,出现长周期的低频和超低频振荡。 (ii)考虑了气压场后,不只是在低纬的西风流场中存在振荡,在弱东风流场中也会出现振荡。不过,低纬的弱气压场对惯性振荡的影响主要在于改变惯性稳定度的数值,但对振荡的周期影响不大。 (iii)惯性振荡的稳定性由惯性稳定度参数μ决定。在线性条件下,当μ<0时,低纬惯性振荡是稳定的,当μ>0时,低纬惯性振荡是不稳定的;但在非线性条件下,即便在μ>0时也会出现稳定的惯性振荡,这是非线性对不稳定增长的抑制作用所致。因而当参数μ由负值变到正值时,在b<0的条件下出现了超临界分岔。