初始涡的结构与尺度对涡旋自组织影响的研究   总被引：5，自引：2，他引：5  

周嘉陵  马镜娴  陈联寿  罗哲贤 《气象学报》2006,64(5):537-551

在涡旋自组织动力学的框架内,实施了9组积分时间为72 h的试验,分析初始涡廓线与初始涡尺度对多涡自组织的作用。试验的初始场上,存在着12个大小不等的β和γ中尺度的涡。若初始涡廓线为高斯型,则这些涡不能自组织形成一个α中尺度的涡;若初始涡廓线为双正弦型、抛物线型或压缩型,则这个α中尺度的涡可以形成。此外,涡廓线不同,三涡流型出现的时间迟早不一,较大尺度α中尺度涡出现的时间也迟早不一。同时,初始涡的半径大小也是影响自组织过程成败的一个重要因素。  相似文献   

旋转大气中地形对涡旋自组织影响的初步研究     

马革兰  罗哲贤  范新强  倪东鸿 《南京气象学院学报》2008,31(6):860-864

用一个带有地形项的β平面准地转正压涡度方程,进行2组积分时间长度为48h的试验,分析旋转大气中地形对多涡自组织的影响。地球旋转作用的引入主要会引起以下的差别：无旋转大气中,多涡自组织的特征是准终态涡将初始多涡全部吸收或全部组织起来;旋转大气中,多涡自组织的特征是准终态涡将初始多涡部分吸收或部分组织起来,差别较明显。中尺度地形对准终态涡位置的影响不同。无旋转大气中,中尺度地形对准终态涡位置的影响较小,有无地形的两个准终态涡中心之间的距离约100km;旋转大气中,中尺度地形对准终态涡位置的影响较大,有无地形的两个准终态涡中心之间的距离约200km,两者相差一倍左右。  相似文献   

多涡自组织的初步研究   总被引：8，自引：5，他引：8  

周嘉陵  马镜娴  陈联寿  罗哲贤 《气象学报》2006,64(4):464-473

在涡旋自组织动力学的框架内,用f平面二维准地转模式研究了初始场上不规则分布的由12个β和γ中尺度涡构成的涡群如何自组织成一个较大涡旋的问题。结果表明,多涡自组织是一个逐次合并的过程,开始时是相邻双涡的合并,然后形成三涡流型,最后才形成一个α中尺度的终态涡。因此,多涡共存条件下的双涡作用,是多涡自组织的一个基本的物理过程。初始场上的每一个涡或涡块,主要有两类“前景”,一是其涡量与相邻涡涡量合并,成为新的一个涡的内区的涡量来源;二是被相邻涡的环流拉伸,成为新的一个涡的螺旋带涡量的来源。每一个新的涡,类似地也有这两类前景,直至惟一的一个较大尺度的涡自组织起来。初始涡结构描述精度不同,自组织过程中涡互旋和涡合并的速率均会不同,终态涡内区涡量来源也不相同,说明准确给出初始涡群涡结构特征十分重要。最后指出了二维准地转流自组织过程数值解的一个属性,即总动能缓慢衰减,总涡度拟能迅速衰减,最大尺度涡旋的环流迅速加大。  相似文献   

非轴对称双涡相互作用的研究   总被引：4，自引：3，他引：4  

沈武  周嘉陵  马镜娴  陈联寿  罗哲贤 《气象学报》2006,64(4):453-463

在平流动力学的框架内,用准地转正压涡度方程模式实施了19组试验,研究双涡合并的条件及较大尺度涡旋自组织的问题。结果指出:(1)存在着两个影响双涡合并的因素,即初始双涡中心之间的距离和初始涡旋的非轴对称分布。初始两个对称涡旋合并具有明显的临界距离效应,但初始两个非轴对称涡旋能否合并还受到初始涡旋的非对称结构的复杂影响。(2)存在着两类不同的较大尺度涡旋的自组织过程,形成较大尺度涡旋。第一类,初始两个涡旋相同,均呈轴对称分布。双涡作用经历了缓变、快变,以及涡量羽翼的生成、拉伸和发展的过程,合并后呈对称性流型;终态涡内区涡量的堆积来源于两个初始涡,终态涡外区的螺旋带来源于两个初始涡外缘线涡量羽翼的拉伸。第二类,初始两个涡旋不同,一个为椭圆型,一个为偏心型,均呈非轴对称分布。双涡作用中,椭圆涡一边互旋,一边向计算区域中心靠近,同时涡量范围加大,形成了终态涡的内核区;偏心涡一边互旋,一边被不断拉伸,形成了终态涡的螺旋带区;表现出终态涡内区的涡量堆集来源于椭圆涡,终态涡外区螺旋带主要来源于偏心涡的反复拉伸及断裂的特性。  相似文献   

随机分布的小尺度涡对涡旋自组织影响的研究     

罗哲贤  李春虎 《气象学报》2007,65(6):856-863

以往双涡相互作用的动力学一般都在决定性的框架内研究。文中用一个平流方程模式,实施积分时间为30 h的8组试验,分析决定性和随机性共存系统中双涡相互作用和涡旋自组织的问题。随机性通过以下方式引入模式:先用Iwayama方案生成随机分布的小尺度涡,再将这些小尺度涡加入初始场。试验中,初始随机分布小尺度涡的强度参数K分别取0.0、0.4、0.6、0.8和1.0。结果表明,没有小尺度涡的条件下(K=0.0),初始分离的两个β中尺度涡逆时针互旋,其准终态流型是两个分离的涡;引进小尺度涡后,K取0.8、1.0时,初始分离强度相同的两个β中尺度涡,逐渐形成主次之分。主涡将次涡拉伸成为螺旋带,其准终态流型是一个自组织起来的类似于台风环流的涡旋。准终态涡中心的相对涡度值随K值的加大而加大。结果还表明,准终态流型不仅与初始小尺度涡的强度参数有关,而且与初始小尺度涡的分布有关。此外,在相同初始场的情况下,还实施了3类不同边畀条件的试验:第1类,在东西边界取周期条件,在南北边界取固定条件;第2类,在所有边界均取固定条件;第3类,在所有边界均取周期条件。这3类试验的准终态流型相同,都显示出一个类似于台风涡旋的环流。根据这些结果可以初步认为,涡旋自组织的研究从决定性动力学向随机动力学的过渡是值得探索的。  相似文献   

多尺度系统中台风自组织的研究   总被引：13，自引：4，他引：9  

罗哲贤 《气象学报》2005,63(5):672-682

在一个4种尺度(副热带高压、台风、β中尺度涡群和γ中涡尺度)共存的系统中,用正压原始方程模式数值地研究台风自组织及其强度变化问题。结果指出:(1)由于多尺度的相互作用,在初始台风衰减的过程中,在该台风的西南方经自组织形成了一个新的台风,其尺度、强度与初始台风相同。在初始台风衰减消失后,新的台风维持一定的强度继续向偏西北方向移动。(2)初始γ中涡的个数和位置对自组织起来的台风的强度有显著影响。其影响机制是非线性相互作用的结果在不同尺度层次的传递。γ中尺度层次或γ中—β中层次的相互作用直接影响到β中层次涡作用的结果,或者使双β中涡合并,或者使双β中涡分离。β中涡层次的相互作用直接影响到台风层次———新台风自组织的过程。这种影响最后反映到自组织起来的台风的强度和路径变化的宏观行为。  相似文献   

旋转扰动流体中壁面湍流不稳定及其拟序结构研究Ⅱ：数值模式   总被引：1，自引：1，他引：0  

Enrico Ferrero  张瑛  全利红  Luca Mortarini  Renato Forza 《气象与减灾研究》2009,32(4):14-17

对第一部分的实验结果进行了讨论,指出局地最大、最小涡度的存在与所谓的正压不稳定和大气中经常观测到的滚动涡有关。速度廓线中的拐点和涡度极大值点对应不稳定发展的位置。另外,为了改进湍流的模拟,根据“准正则”近似,发展了一个三阶闭合模式。这个模型已被证明可以描述与湍流过程有关的流体动力学变量的趋势。  相似文献   

切向风速水平廓线对台风路径和强度的影响   总被引：4，自引：2，他引：4  

马红云  马镜娴  罗哲贤 《南京气象学院学报》2003,26(6):780-787

用一个β平面的准地转模式和一个高分辨率的f平面准地转模式，实施了6组试验，研究了初始台风切向风速水平廓线对台风路径和强度的影响。结果表明：切向风速峰值区狭窄，最大风速半径较小的廓线，与偏西北方向的路径以及强度维持或增强相对应；峰值区宽平，最大风速半径较大的廓线，与北折转向的路径以及强度衰减相对应。  相似文献   

地形对涡旋自组织影响的初步研究   总被引：1，自引：3，他引：1  

马革兰  罗哲贤 《南京气象学院学报》2006,29(6):769-774

用一个带有地形项的f平面准地转正压涡度方程，实施5组积分时间长度为72h的试验，研究了中尺度地形对涡旋自组织的影响。结果指出：无地形时，准终态涡是一个带有螺旋带的类似台风的涡旋；有地形时，准终态涡是一个无螺旋带但有两个低涡量区的准圆形涡旋。有无地形两个准终态涡中心的位置可以相距100km以上。  相似文献   

小尺度系统对涡旋自组织的影响   总被引：1，自引：1，他引：0  

代刊  罗哲贤  滕代高 《南京气象学院学报》2008,31(2):158-166

在涡旋自组织动力学的框架内,利用．厂平面准地转正压模式讨论小尺度涡旋系统对两个中β尺度涡旋的自组织过程的影响。4组数值试验表明：小尺度涡旋的存在,可能会改变双涡相互作用的终态,使原本不合并的两个涡旋组织起来;双涡相互作用的终态对小尺度涡旋的初始位置敏感;存在“Z”型敏感区域,当小尺度涡旋出现在这一区域时,就有可能改变双涡相互作用的终态;小尺度涡旋对双涡相互作用产生影响需具备4个条件,即初始位于敏感区内,有足够的强度,距离适当且生存时间足够长。  相似文献   

An Investigation into Effect of Randomly Distributed Small Scale Vortices on Vortex Self-Organization          下载免费PDF全文

LUO Zhexian  LI Chunhu 《Acta Meteorologica Sinica》2008,22(2)

Previous studies concerning the interaction of dual vortices have been made generally in the determin-istic framework. In this paper, by using an advection equation model, eight numerical experiments whose integration times are 30 h are performed in order to analyze the interaction of dual vortices and the vortex self-organization in a coexisting system of deterministic and stochastic components. The stochastic compo-nents are introduced into the model by the way that the Iwayama scheme is used to produce the randomly distributed small-scale vortices which are then added into the initial field. The different intensity of the small-scale vortices is described by parameter K being 0.0, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0, respectively. When there is no small-scale vortex (K=0.0), two initially separated meso-beta vortices rotate counterclockwise mutu-ally, and their quasi-final flow pattern is still two separated vortices; after initially incorporating small-scale vortices (K=0.8, 1.0), the two separated meso-beta vortices of initially same intensity gradually evolve into a major and a secondary vortex in time integration. The major vortex pulls the secondary one, which gradually evolves into the spiral band of the major vortex. The quasi-final flow pattern is a self-organized vortex with typhoon-like circulation, and the relative vorticity at its center increases with increasing in K value, suggesting that small-scale vortices feed the self-organized vortex with vorticity. This may be a pos-sible mechanism responsible for changes in the strength of the self-organized vortex. Results also show that the quasi-final pattern not only relates with the initial intensity of the small-scale vortices, but also with their initial distribution. In addition, three experiments are also performed in the case of various boundary conditions. Firstly, the periodic condition is used on the E-W boundary, but the fixed condition on the S-N boundary; secondly, the fixed condition is set on all the boundaries; and thirdly, the periodic condition is chosen on all the boundaries. Their quasi-final flow patterns in the three experiments are the same with each other, exhibiting a larger scale typhoon-like circulation. Based on these results mentioned above, authors think that the transition of vortex self-organization study from the deterministic system to the coexisting system of deterministic and stochastic components is worth exploring.  相似文献   

中尺度涡旋和台风涡旋相互作用的数值研究   总被引：8，自引：4，他引：8  

田洪军  罗哲贤 《南京气象学院学报》2002,25(2):159-165

用一个高分辨率的正压涡度方程模式，实施了4组积分时间为24h的试验，研究了台风环流区域内中尺度涡旋的不同初始径向位置条件下与台风涡旋的相互作用，结果表明，中尺度涡旋初始径向位置不同，可以引起随后扰动相对涡度场演变特征的改变。  相似文献   

Study on the Interaction of Non-axisymmetric Binary Vortices          下载免费PDF全文

SHEN Wu  ZHOU Jialing  MA Jingxian  CHEN Lianshou  LUO Zhexian 《Acta Meteorologica Sinica》2007,21(3):290-301

In the context of advection dynamics,19 experiments(Exps.)are performed using a quasi-geostrophic barotropic vorticity equation model to explore the condition for the mergence of binary vortices and the self-organization of the larger scale vortex.Results show that the initial distance between the centers of binary vortices and the non-axisymmetric distributions of their initial vorticity are two factors affecting the mergence of binary vortices.There is a critical distance for the mergence of initial symmetric binary vortices, however,the mergence of initial non-axisymmetric binary vortices is also affected by the asymmetric structure of initial vortices.The self-organization processes in 19 experiments can be classified into two types:one is the merging of identical,axisymmetric binary vortices in which the interaction of the two vortices undergoes slowly change,rapid change,and the formation,stretching,and development of the filaments of vorticity, and the two vortices merge into a symmetric vortex,with its vorticity piled up in the inner region coming from the two initial vortices,and the vorticity of the spiral band in the outer region from the stretching of the filaments of the two initial vortices.And the other type is the merging of the two non-axisymmetric initial vortices of an elliptic vortex and an eccentric vortex in which the elliptic vortex,on the one hand, mutually rotates,and on the other hand moves towards the center of the computational domain,at the same time expands its vorticity area,and at last forms the inner core of resultant state vortex;and the eccentric vortex mutually rotates,meanwhile continuously stretches,and finally forms the spiral band of resultant state vortex.The interaction process is characteristic of the vorticity piled up in the inner core region of resultant state vortex originating from the elliptic vortex and the vorticity in spiral band mainly from the successive stretch and rupture of the eccentric vortex.  相似文献   

Typhoon Vortex Self-Organization in a Baroclinic Environment          下载免费PDF全文

TENG Daigao  LUO Zhexian  YU Hui  LI Chunhu  DAI Kan 《Acta Meteorologica Sinica》2009,23(5):539-549

Self-organization of typhoon vortex in a baroclinic environment is studied based on eight numerical experiments with the fifth-generation Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research （PSU/NCAR） Mesoscale Model （MM5）. The results show that, when there are only two 400-km-away mesoscale axisymmetric vortices with a radius of 500 km in the initial field, the two vortices move away from each other during co-rotating till the distance between them greater than a critical distance named co-rotating critical distance. Then, they stop co-rotating. The situation is changed when a small vortex with a radius of 80 kin is introduced in between the two vortices in the initial field, with the two initially separated vortices approaching each other during their co-rotation, and finally self-organizing into a typhoon-like vortex consisting of an inner core and spiral bands. This result supports both Zhou Xiuji＇s view in 1994 and the studies in the barotropic framework concerning the interactions between the same and different scales of vortices. Six other experiments are carried out to study the effects of the initial vortex parameters, including the initial position of the small-scale vortex, the distance and intensity of the initially axisymmetric binary mesoscale vortices. It is found that the distance between the initial axisymmetrie mesoscale vortices is the most important parameter that influences the self-organizing process of the final typhoon-like vortex. This conclusion is similar to that obtained from barotropical model experiments.  相似文献   

一次东移西南涡对初始扰动的伴随敏感性试验   总被引：2，自引：0，他引：2  

WANG Zhi  GAO Kun 《大气科学进展》2003,20(4):638-649

初始条件能否包含有足够的中尺度信息对西南涡的模拟至关重要,采用中尺度模式MM5对我国长江流域一次东移西南涡进行模拟试验,并结合一个伴随模式MAMS对这次西南涡进行敏感性试验,分析预报变量对初始条件的敏感性分布,根据敏感性分析结果对初始条件追加一个适当的扰动进行模拟对比,结果表明:追加扰动后的初始条件较成功地模拟出了本次西南涡的形成和移动情况,而原来的试验模拟的低涡与实况相比要落后十几小时;伴随模式MAMS较好地模拟出了本次西南涡的敏感性场分布,本次西南涡对西风扰动的大敏感性区域主要位于400hPa以下的西南地区,对南风扰动的大敏感性区域主要位于500hPa以下的西南地区,对温度扰动的大敏感性区域则主要位于500hPa与900hPa之间的西南地区;追加的风场扰动在中低层的西南地区表现为一个气旋性环流,在这个气旋性环流的西南方存在另一个反气旋性环流;在此基础上增加初始场水汽扰动则在一定程度上加强了模拟低涡的强度和移动速度。  相似文献   

A Method of Initial Vortex Relocation and Numerical Simulation Experiments on Tropical Cyclone Track   总被引：3，自引：2，他引：1  

袁金南  宋丽莉  黄燕燕  陈子通  刘春霞  丁伟钰 《热带气象学报(英文版)》2011,17(1):36-42

Using the technique of smooth filtering and cylindrical filtering, the initial vortex circulation and large-scale environmental field were separated from the background field. Then the separated initial vortex circulation was translated and reinserted in the location where it was observed. This led to the determination of a method of initial vortex relocation. For seven tropical cyclones at 23 points of measurement time in the years of 2006 and 2007, two schemes, either directly adding a tropical cyclone bogus model in the background or adding it after the relocation of the initial vortex in the background field, were employed. Simulation experiments were compared. The results showed that the mean errors of the simulated tropical cyclone tracks at 24 and 48 hours were both smaller with the scheme of adding tropical cyclone bogus model after the relocation of the initial vortex in the background field. The relocation method of the initial vortex decreases the error caused by the deviation of the initial tropical cyclone location in tropical cyclone models. The relocation method is conducive to improving the track forecast of tropical cyclone models and has a good perspective for operational application.  相似文献