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台风麦莎的正压特征波动结构及其稳定性 总被引：1，自引：1，他引：0
利用中尺度WRF模式对2005年8月西北太平洋台风麦莎（Matsa）进行了精细的数值模拟。使用模式输出资料,对正压浅水方程组进行了数值差分计算,分析它在最大强度时刻的正压特征波动结构和稳定性。结果表明,台风麦莎内部包含有沿逆时针方向传播的重力惯性外波和涡旋Ross-by波,两种波动的结构和稳定性存在显著性差异。前者主要存在于台风外围,增长率随波长的减小而增加,台风外围的波动相速度为48．9～68．5m／s;后者主要位于距离台风中心200km内,表现为3波最不稳定,半径100km处相速度约为5m／s。此外,重力惯性外波的扰动风场与高度场基本相垂直,扰动散涡比值大于3倍,甚至达到10＾3倍,运动以辐合、辐散为主;涡旋Rossby波的扰动风场基本平行于高度场,扰动散涡比值为10＾-1～10＾-2,涡旋运动是其主要运动,与内螺旋雨带沿着切向圆周方向的传播具有密切关系。 相似文献
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利用多重尺度摄动法，推导出非线性涡旋Rossby波波包的演变方程是非线性Schroedinger方程。对该非线性Schroedinger方程的周期波动解及其稳定性进行了研究，得到了有关稳定和不稳定的判据。数值计算表明：非线性涡旋Rossby波的相速值为10^0m／s量级，这和台风中的螺旋雨带实测移速的量级是一致的，可以从涡旋Rossby波说中较好地解释台风中的螺旋雨带的形成和维持。 相似文献
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台风螺旋雨带——涡旋Rossby波 总被引：35，自引：6，他引：35
台风中的螺旋云雨带是由多种探测手段被观测到的现象 ,是为大家所共识的不争事实。但是 ,对它的形成、维持的理论解释 ,虽有多种学说 ,一直以来人们都倾向于重力惯性波说。而重力惯性波说有一个致命的弱点 ,即波的相速理论值为 10 1m/s量级 ,它要比螺旋云雨带实测移速只有 10 0 m/s几乎大一个量级。于是从前几年开始 ,人们又回到 30多年前提出的涡旋 Rossby波说那里去寻找合适的解释。经典的Rossby波是 β =(df/dy)作用的大尺度波动 ,而适用于台风中螺旋云雨带的涡旋———Rossby波乃是 f平面 (β =0 )上的中尺度波动。那末 ,对这两类尺度不同和成波机理不同的波动 ,何以均冠予Rossby波一词 ?本文试图从动力学等价原理上 ,对此作统一联系的说明。其结果是 :台风基本气流的涡度 ζ随径向 (r)变化的梯度d ζdr=1rr(r vλ) ,在动力学上等价于科氏参数 f随纬度变化的梯度即β=df/dy ;或者说它们在绝对涡度守恒的前提下 ,作为波扰动的成波机理是等价的 相似文献
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通常将台风中的螺旋云带看成是一种称为涡旋罗斯贝波的波动,双臂对应的切向波数为2,单臂对应的切向波数为1,目前这种波动发生发展的物理机制仍不很清楚,值得进一步研究.利用柱坐标下的正压流体涡度方程,研究了台风中涡旋罗斯贝波1波扰动的正压不稳定性及发展变化问题.结果表明,当基本流径向涡度梯度小于0时,由于涡度扰动的速度场对于基本涡度场的平流效应,1波(m=1)扰动可从基本流吸取能量而出现不稳定快速增长.但由于扰动旋臂的缠卷作用,径向速度将很快变小,因此,不稳定增长将受到一定的时间限制;波动的发展速度与半径有关,中心附近的波动先发展且向外传播,距中心较远的波动稍后发展.整体上看,波动由中心向外扩展,大尺度台风的螺旋云带比小尺度台风的螺旋云带发展更快. 相似文献
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本文使用柱坐标系下的正压浅水方程组以及斜压扰动方程组,分析得出台风涡旋系统中的涡旋Rossby波划分为两种类型。由于切向基本气流的二阶径向水平切变或者基本气流的垂直涡度在径向方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于切向基本气流是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。当基本流场垂直涡度-ζz沿着径向r方向增大时,第一类涡旋Rossby波是沿着切向圆周方向逆时针方向传播的;反之则是沿着切向圆周方向顺时针方向传播。如果考虑切向基流的二次垂直切变时,可以得到台风涡旋系统中第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是切向基本流场风速的二次垂直切变或者基本流场径向r方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于切向基本气流也是单向传播的,当-ζr沿着空间z方向上增大时,第二类涡旋Rossby波就是相对于基本气流-V0是顺时针方向传播的;反之则是相对于基本气流逆时针方向传播。在基本流场的风速-V存在二次径向水平切变或者垂直切变时,台风中的波动可能是混合的涡旋Rossby波——重力波;而当基本流场的风速-V仅仅存在线性切变,不存在二次切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,台风系统中的波动则仅仅是重力惯性波。最后,采用WRF模式对“云娜”台风进行了数值模拟,验证了上述结论。 相似文献
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热带气旋螺旋云带动力不稳定的性质 总被引：5，自引：2，他引：3
热带气旋螺旋云带的不对称特征,在热带气旋的路径和强度变化中起着重要作用,对其动力性质的研究是整个热带气旋研究中的重要组成部分.文中分别对一个正压无辐散涡旋模型和正压原始方程涡旋模型进行线性化,采用标准模方法计算扰动的谱点和谱函数,研究扰动在基本流场中的不稳定问题,从而讨论了热带气旋中螺旋云带动力不稳定的性质.将一指定的基流廓线代入这两个模型,均会出现不稳定扰动.前者的流动为涡旋运动,仅在不稳定扰动的两个峰值之间可以看出螺旋状的结构特征,在距涡旋中心140 km的外围,不稳定扰动沿径向没有波动分布,没有螺旋云带状结构.此处相应于涡旋Rossby波的停滞半径(stagnation radius),在此半径之内出现的螺旋结构称为内螺旋云带,而在此半径之外出现的螺旋云带称为外螺旋云带.也就是说前者仅出现了眼壁(最大风速半径之内的最大扰动中心)、内螺旋云带,而后者则出现了眼壁、内螺旋云带和外螺旋云带.这说明滤去重力惯性波的正压无辐散涡旋模型(前者)只适合于解释热带气旋不稳定内螺旋云带的形成和结构,当综合考虑不稳定内、外螺旋云带的形成时,水平辐合、辐散的作用不能忽略,此时必须要用正压涡旋模型(后者).在该模型中因最不稳定扰动随涡旋半径的不同,其分别体现了涡旋Rossby波和重力惯性波的特点,故其是不稳定的涡旋Rossby-重力惯性混合波,其不稳定的性质是非平衡的.由此可知,要同时解释内、外螺旋云带的生成和结构,则非平衡的涡旋Rossby-重力惯性混合波不稳定理论应是更合适的选择. 相似文献
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基于2 km分辨率的ARW-WRF数值模拟资料,讨论了台风"珍珠"(2006)螺旋雨带中对流单体及内雨带的发展机制。结果表明:模式很好地再现了台风的路径和强度。作为雨带中仅仅存在于眼壁外侧的内雨带,其传播机制与重力波、涡旋Rossby波及混合波没有联系,其可能发展机制仅与低层出流、水平风场和变形场有关。低层出流使得内雨带径向向外运动,而低层的水平风场和变形场使其形成螺旋结构。同时,就螺旋雨带中精细对流单体的发展而言,涡度收支方程定量分析表明,其主要通过两种方式获得垂直涡度:水平涡度倾斜为垂直涡度;上升运动拉伸垂直涡度。随着平流输送,对流单体在眼壁附近合并和汇聚。 相似文献
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传统Rossby波最初求解于局地直角坐标系（Cartesian coordinate）准地转、准水平无辐散正压大气运动微扰方程,在所谓“β平面”近似下,归于求解一个关于经向风扰动的二阶常微分方程,它存在可在β-平面经向-纬向传播的简谐波解,其物理机制是,扰动气流在科氏参数随纬度变化（所谓“β效应”）作用下的绝对涡度守恒。本文先讨论传统Rossby波二阶常微分方程“经向谐波扰动-纬向简谐波”（谐波扰动Rossby波）通解,指出传统Rossby波只被描述为谐波扰动Rossby波,即在扰动区内形成谐波扰动可在扰动区外作经向-纬向简谐波的连续传播;又讨论数学上存在的“经向指数扰动-纬向简谐波”（指数扰动Rossby波）另一通解,并且分析与比较两个通解的纬向波速与群速诊断方程。认为,谐波扰动和指数扰动“传播”与“频散”可以在相邻边界上保持为分段“零阶”连续且为有界。从而Rossby波定义为：大气运动受到连续或分段“零阶”连续谐波扰动和/或指数扰动和/或其它函数扰动、在β效应与绝对涡度守恒作用下、可以在全球（东、西风带）传播与频散的波动,作“纬向简谐波”传播是Rossby波的唯一识别特征。最后,作为对传统Rossby波的补充,单纯用指数扰动Rossby波波速和群速方程,对西风带中的长-中-短波槽脊传播、阻塞高压建立与后退、大槽建立与寒潮,以及气候上的遥响应,做出新的解释,更对东风带中的东风波（倒槽）与台风传播、副热带高压西进与东退,做出传统Rossby波尚不能解释的初步解释。 相似文献
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热带风暴中波动特征的研究进展和问题 总被引：9，自引：2，他引：9
在分析热带风暴眼壁和螺旋雨带中尺度波动特征最新研究的基础上，指出这些研究所忽略的问题，其中包括重力惯性波和涡旋Rossby波波解存在的前提条件和约束、理论分析与观测研究存在的差异等。提出一种基于准平衡动力条件下，热带风暴内中尺度扰动涡散运动共存时，区别于标准模混合的不可分的混合涡旋Rossby-重力惯性波，并讨论了位涡守恒条件下这一类不可分混合波的可能成波机制。利用高分辨率的模式大气资料，采用非对称波分量的分解方法分析了Bonnie飓风中的中尺度波动特征，结果表明，热带风暴中1波型扰动既具有涡旋波性质，但也存在散度扰动的变化，而2波型扰动则体现了明显的不可分混合波的特性。 相似文献
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本文进一步对旋转正压大气中的包络Rossby孤立波进行了研究，结果发现当Rossby波的波数m（m为纬向波数）满足1≤m≤2时，旋转正压大气中才存在包络Rossby孤立波，并且只有m＝2的包络Rossby孤立波才具有阻塞高压的结构。我们还对这种m＝２的包络Rossby孤立波随纬度变化的持续性进行了计算，得到了许多结果。 相似文献
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Based on the Complex Empirical Orthogonal Functions(CEOFs) of bandpass-filtered daily streamfunction fields, a quantitative method of detecting transient(synoptic) Rossby wave phase speed(RWPhS) is presented. The transient RWPhS can be objectively calculated by the distance between a high(or low) center in the real part of a CEOF mode and its counterpart in the imaginary part of the same CEOF mode divided by the time span between two adjacent peaks(or bottoms) of two principal component curves f... 相似文献
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热带平流层多尺度波动分离方案的研究：多站点高分辨率无线电探空联合分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用太平洋地区台风过境期间6个热带气象站的高分辨率无线电探空资料,结合扩展经验正交函数（EEOF）展开,对热带下平流层行星波和重力波扰动进行了分离,给出了一种热带地区提取重力波扰动的新方案。对观测数据做EEOF展开后,选择表征行星尺度波动模态的特征向量和相应权重进行气象要素场的重建。结果显示,在不同的台风过程期间,温度、纬向风和经向风的重建扰动量显示出不同的动力学偏振关系:在准两年振荡（QBO）东风位相时与赤道开尔文波的偏振关系一致,而在准两年振荡西风位相时与混合罗斯贝-重力波（MRG）的偏振关系一致。把行星尺度波动模态从原始观测中剔除,得到新的扰动廓线,对其进行重力波垂直波数谱的谱型拟合。结果发现,与以往方法提取的重力波扰动相比,新方法所得谱型参数中特征垂直波长λ*在不同时期不同站点变化很小,稳定在1.7 km左右,且低频波数段谱斜率s的数值与理论假设1十分接近。综合其研究结果可以推测,用新方法提取的热带重力波扰动更加符合当前的理论垂直波数谱模型。 相似文献
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Based on a barotropic vortex model, generalized energy-conserving equation was derived and two
necessary conditions of basic flow destabilization are gained. These conditions correspond to generalized
barotropic instability and super speed instability. They are instabilities of vortex and gravity inertial wave
respectively. In order to relate to practical situation, a barotropic vortex was analyzed, the basic flow of which is similar to lower level basic wind field of tropical cyclones and the maximum wind radius of which is 500 km.
The results show that generalized barotropic instability depending upon the radial gradient of relative vorticity
can appear in this vortex. It can be concluded that unstable vortex Rossby wave may appear in barotropic vortex. 相似文献
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涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的数值研究 总被引：1，自引：0，他引：1
余锦华 《南京气象学院学报》2003,26(2):172-180
设计了一个高分辨率f平面准地转正压涡度方程半谱模式，用以研究非线性对台风切向风速变化，以及不同初始异常条件下台风环流内涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化特征。6类(14组)试验的数值结果表明：非线性使台风切向风速的增强减弱，可能使最大风速半径收缩。初始扰动中心位置对涡旋Rossby波传播和台风切向风速变化的影响明显。扰动中心在最大风速半径附近时，台风最大切向风速增强最多；异常中心在台风外区时，使最大切向风速减小。初始异常尺度(范围)减小对台风最大切向风速变化的影响减弱。双涡分布条件下，台风环流外区的涡旋使内区或近眼壁区对流涡旋对台风最大切向风速的影响减弱。 相似文献
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《Dynamics of Atmospheres and Oceans》2002,35(2):153-177
A complete theory of the linear initial-value problem for Rossby waves on a class of smooth circular vortices in both f-plane and polar-region geometries is presented in the limit of small and large Rossby deformation radius. Although restricted to the interior region of barotropically stable circular vortices possessing a single extrema in tangential wind, the theory covers all azimuthal wavenumbers. The non-dimensional evolution equation for perturbation potential vorticity is shown to depend on only one parameter, G, involving the azimuthal wavenumber, the basic state radial potential vorticity gradient, the interior deformation radius, and the interior Rossby number.In Hankel transform space the problem admits a Schrödinger’s equation formulation which permits a qualitative and quantitative discussion of the interaction between vortex Rossby wave disturbances and the mean vortex. New conservation laws are developed which give exact time-evolving bounds for disturbance kinetic energy. Using results from the theory of Lie groups a nontrivial separation of variables can be achieved to obtain an exact solution for asymmetric balanced disturbances covering a wide range of geophysical vortex applications including tropical cyclone, polar vortex, and cyclone/anticyclone interiors in barotropic dynamics. The expansion for square summable potential vorticity comprises a discrete basis of radially propagating sheared vortex Rossby wave packets with nontrivial transient behavior. The solution representation is new, and for this class of swirling flows gives deeper physical insight into the dynamics of perturbed vortex interiors than the more traditional approach of Laplace transform or continuous-spectrum normal-mode representations. In general, initial disturbances are shown to excite two regions of wave activity. At the extrema of these barotropically stable vortices and for a certain range of wavenumbers, the Rossby wave dynamics are shown to become nonlinear for all initial conditions. Extensions of the theory are proposed. 相似文献
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The KdV equation with topography included in an N-level model is derived. It is shown that if the topography ex-ists. the KdV equation may describe the solitary Rossby waves in the case of basic current without vertical shear, and itis no necessary to introduce the MKdV equation. The results of calculations show that the change of horizontal shearpattern of basic flow may cause an important change of the streamline pattern of the solitary waves with the oddmeridional wavenumber m, and has no effect for the even meridional wavenumber m. The vertical shear increases thesteepness of the barotropic solitary modes, and it has a complicated effect on the baroclinic modes. The influences oftopographic slope on the solitary waves are very great. The southern and northern slopes of topography may cause dif-ferent solitary wave patterns, with the effect of northern slope greater. The effect of Froude number on the solitarywaves is generally to steepen the solitary waves, however, the effect also depends on the meridional wavenumber m andthe modes of solitary wave. 相似文献
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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。 相似文献
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Wave ray theory is employed to study features of propagation pathways(rays) of vortex Rossby waves in typhoons with asymmetric basic flow, where the tangential asymmetric basic flow is constructed by superimposing the wavenumber-1 perturbation flow on the symmetric basic flow, and the radial basic flow is derived from the non-divergence equation. Results show that, in a certain distance, the influences of the asymmetry in the basic flow on group velocities and slopes of rays of vortex Rossby waves are mainly concentrated near the radius of maximum wind(RMW), whereas it decreases outside the RMW. The distributions of radial and tangential group velocities of the vortex Rossby waves in the asymmetric basic flow are closely related to the azimuth location of the maximum speed of the asymmetric basic flow, and the importance of radial and tangential basic flow on the group velocities would change with radius. In addition, the stronger asymmetry in the basic flow always corresponds to faster outward energy propagation of vortex Rossby waves. In short, the group velocities, and thereby the wave energy propagation and vortex Rossby wave ray slope in typhoons, would be changed by the asymmetry of the basic flow. 相似文献