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本文在基态位涡（Potential Vorticity，PV）径向分布和基态涡旋强度对热带气旋（Tropical Cyclone，TC）类涡旋系统稳定性特征影响的研究基础上，结合理想试验和数值模拟诊断分析基态PV径向分布对扰动增长和系统结构变化的影响.基于线性正压浅水模型，设计三种典型基态PV中空结构下基态涡旋强度对系统稳定性影响的敏感性试验.结果表明：基态涡旋的强度主要影响稳定性的强弱，强度越强，不稳定增长率越大，而基态PV径向分布对系统最不稳定波动性质起着决定作用.分析不同波数下扰动的发展及不同波数间扰动的相互作用可知，对于宽且实的PV环，系统稳定性主要取决于低波数不稳定，且最不稳定波数扰动的发展具有明显的优势地位；对于窄且空的PV环，系统稳定性主要取决于高波数不稳定，且多个高波数下增长最快模态的不稳定增长率值十分接近.利用模态线性叠加法讨论扰动增长对系统结构变化的影响表明：最不稳定波数的扰动发展对系统结构变化有关键影响，而多个波数的扰动不稳定增长相当时，不同波数的扰动发生相互作用从而影响系统结构变化.最后，利用实际个例模拟资料分析基态PV径向分布及其变化对TC结构和强度的影响表明：TC内核区出现的多边形眼墙结构与当前时刻基态PV径向分布所决定的最不稳定波数有很好的对应关系，同时基态PV径向分布变化所反映出的系统动力稳定性强弱与TC强度发展阶段具有很好的相关性. 相似文献
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本文利用f-平面浅水模型讨论了二维情况下快速惯性重力波与平衡涡旋之间的相互作用问题.当快速的惯性重力波传入涡旋区域后，波－涡之间发生了相互作用，涡旋可被加深，涡旋区域的风场等可以出现非对称分布，当惯性重力波全部传出涡旋区域并远离之后，涡旋恢复到其初始状态，但此时惯性重力波可以出现非对称结构，这与一维情况不同.在波－涡发生相互作用过程中，其物理量变化的最大区域分布基本与波动传播方向一致，在波动进入或移出涡旋时，相对应存在两个最大物理量变化区域，此外，相互作用导致的物理量的最大变化与波动结构、强度、传播方向以及涡旋特性有关.非线性条件下的波－涡相互作用要强于线性过程. 相似文献
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运用台风移动涡旋影响域统计分析动态区域序列概念，采用 3个目标台风卫星TBB资料 ，对台风螺旋云带波列结构特征进行了功率谱合成分析。研究结果揭示出台风涡旋中心与周 边区域对流云的相关场呈螺旋带波状特征；台风影响域螺旋波亦表现出显著次天气、中尺度 波动特征，其波动周期尺度及其传播相速可类似重力内波与涡旋Rossby波，即周期呈双峰特 征，为大于6h与24h左右时间尺度；螺旋波高、低空流型特征与台风的维持、发展结构特征 相关；扰动TBB场时间偏差分布呈类似涡旋Rossby波螺旋波列，其波列路径与涡 旋Rossby波传播特征相似，并提出了台风涡旋螺旋波结构模型。 相似文献
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基于位涡（PV）理论并运用1998年个例分析,本文研究了非绝热加热弓I发的南亚高压不稳定增长及其对印度季风爆发的影响,探讨印度季风爆发的主要原因．1998年印度季风的爆发与前期徘徊于阿拉伯海南部的热带低压北移发展有关,而高低空涡旋系统锁相斜压发展是中低层热带低压迅速北移发展的主要原因．研究表明孟加拉湾季风和南海季风爆发后,在东亚和东南亚强降水释放的潜热加热激发下,南亚高压不稳定增强,位涡（PV）纬向非对称强迫发展,高压东侧北风弓l导高纬度高PV南下,在平流作用下可达高压西北侧,其上不断有高PV涡旋向西输送,是春末夏初阿拉伯海高层PV异常的主要来源．355K上从南亚高压东北侧平流到阿拉伯海上空的高PV涡强迫出气旋性环流,使该处南亚高压产生气旋性弯曲,辐散增强,在高层形成抽吸作用．低空原位于阿拉伯海低纬度的涡旋向北移动,高层高位涡向下向南伸展,在其强迫下,低涡系统出现斜压不稳定发展,最终增长成为印度季风爆发涡旋,导致印度夏季风爆发．研究还表明,阿拉伯半岛对流层中层副热带高压的变化是导致印度季风爆发的另一重要因素．季风爆发前,阿拉伯半岛维持强感热加热,对流层中层春季位于阿拉伯海上空的副高向西撤退至阿拉伯半岛上并迅速增强,位涡纬向非对称强迫逐渐发展;副高东侧的北风引导高纬度高PV南下,在阿拉伯海形成一高PV槽,有助于低纬热带低压北移正压发展为印度季风爆发涡旋．由此表明,与孟加拉湾季风爆发和南海季风爆发不同,印度夏季风爆发是发生在特定的高、中、低层充分耦合的环流背景下的、受动力和热力共同驱动的特殊过程． 相似文献
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利用非对称波分量分解和小波分析的方法,对准平衡动力模型下非对称强飓风内中尺度波动的空间结构和时间序列特征进行分析.结果表明,平衡流场中1波扰动占主要地位且具有涡旋Rossby波的典型结构特征,准平衡流各波数下扰动的空间分布反映了中尺度波动的混合性质;模式大气和准平衡垂直运动的全局功率谱中,超过信度检验的强波动信号中不仅包含分别表征重力波和涡旋Rossby波的高频和低频波动信号,还存在表征具有物理性质不可分特性的混合涡旋Rossby-重力波的中频波动.混合波的出现建立了不同频段波动之间的能量交换通道,其信号的变化对飓风系统的强弱变化具有一定的指示作用.非平衡垂直运动的波动强信号则主要集中在高频和低频区域,反映了在飓风强度变化情况下,与高频重力波有关的快波调整过程所引起的垂直扰动的振荡和传播.强垂直风切变对飓风内中尺度波动的切向和径向传播具有重要影响,当环境垂直风切变很强时,准平衡1波扰动在径向和切向方向上均呈"驻波"形态,随着环境垂直风切变的减弱,1波扰动以混合波波速逆基本气流传播. 相似文献
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地面资料全波形反演采用低波数回折波敏感核和高波数偏移等时线恢复地下模型的长波长和短波长分量.当回折波的穿透深度有限时，很容易陷入局部极值.波动方程反射波走时反演采用反射波的透射敏感核更新速度模型.当浅层速度存在较大误差时，仍无法得到满意的反演结果.VSP资料中直达波是一种透射波，穿透深度大，可用于井旁背景速度场建模.本文发展了针对VSP观测方式的波动方程走时联合反演(直达波和反射波)方法.采用全局优化参数反演法实现VSP上下行波和纵横波分离，构建了基于下行直达波和上行反射波走时残差的混合目标函数，推导了相应的伴随状态方程和梯度公式，给出了背景速度和反射系数分步反演流程.理论和实际VSP资料应用表明：直达波和反射波走时联合反演可以得到运动学特征精确的速度模型，为后续全波形反演提供可靠的初始模型；联合反演比单独直达波/反射波走时反演的精度高，比直达波和反射波走时级联反演的耗时少. 相似文献
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本文分析长时间强度维持"菲特"台风不同发展阶段的位涡分布特征发现：台风内核区中尺度高值PV带及其变化与台风强度变化具有伴随关系，即高值PV区与内核区强对流不仅具有对应关系；而且其生命史与台风强盛维持期一致；此外在眼墙区附近位涡梯度最大.分析还指出：垂直剖面上的高值PV呈现由单极位涡态（台风发展加强期）向中空位涡态（台风强盛维持期）的转变，到台风快速衰减期，又形成PV量值较小的单极位涡态.位涡收支方程诊断表明：内核区域水平平流、垂直输送和凝结加热的初始增强和大值收支带不仅对台风内中尺度高值位涡分布及长时间强度维持具有重要影响，而且具有伴随关系.此外，位涡收支各项对位涡态的转变起着不同的作用，其中凝结加热在台风强盛期中空位涡塔的建立中作用明显，水平平流项则在眼墙区的位涡塔中上层有着正贡献，垂直输送在高值PV分布的再分配中起中介作用. 相似文献
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2002-2017年千岛湖浮游植物群落结构变化及其影响因素 总被引：2，自引：0，他引：2
为认识大型水库中浮游植物群落结构的演替特征及其驱动机制，以钱塘江流域新安江水库（下称"千岛湖"）为例，基于2002-2017年16年的水库浮游植物数据，结合同期千岛湖水质与水文气象资料，分析了千岛湖浮游植物结构及优势属的长期变化特征，探讨了影响浮游植物群落结构变化的主要因素.结果表明：2002-2017年千岛湖共鉴定出浮游植物7门93属，主要由硅藻门、绿藻门、蓝藻门及隐藻门种类组成.16年间，浮游植物年均丰度和群落结构经历了4个阶段：2008年前丰度持续低值且蓝藻不是主要类群，2009-2012年丰度较高且蓝藻成为主要类群，及2013-2015丰度降低且蓝藻占比降低，2016-2017年丰度增加且蓝藻再次成为主要类群.浮游植物门类变化的同时伴随着优势属的变化：浮游植物年优势属从2002-2008年的小环藻属（Cyclotella）、隐藻属（Cryptomonas）和蓝隐藻属（Chroomonas）转变为2009-2012年的颤藻属（Oscillatoria）、小球藻属（Chlorella）、小环藻属和蓝隐藻属，2013-2017年又转变为鱼腥藻属（Anabaena）、束丝藻属（Aphanizomenon）、小环藻属、针杆藻属（Synedra）、直链藻属（Melosira）、栅藻属（Scenedesmus）和蓝隐藻属.冗余分析表明，气温、风速、水位、入库流量等气象水文因子和总氮浓度、电导率、氮磷比、透明度等水质因子与浮游植物群落结构变化关系密切.研究结果表明，在千岛湖这种大型贫-中营养水库，浮游植物群落结构不仅受来水营养盐负荷的影响，还在很大程度上受水文、气象条件的影响，给水库藻类水华等生态风险的预测以及水库水质管理带来了挑战. 相似文献
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用正压模式,通过对截谱方程的本征值和初值问题的研究,揭示了纬向非均匀气流中局地二维不稳定对1991年7月江淮流域暴雨形成的动力机制.理论分析和数值实验结果表明:(1)不稳定发展的模态主要是44d和10d左右周期,与江淮地区降水变化的周期基本一致;(2)局地扰动增长率以经向波数n=1～5,纬向波数k=1～12等波为最大.即江淮暴雨是不同纬度、不同尺度波动系统相互作用的结果;(3)扰动在江淮地区具有局地增幅的性质,初值计算表明扰动在长江下中游向西缓慢移动;(4)不稳定增长率特别是扰动的传播速度对外部参数■,a具有敏感性. 相似文献
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Jean N. Reinaud 《地球物理与天体物理流体动力学》2017,111(1):32-64
Shielded vortices consist of a core of potential vorticity (PV) of a given sign surrounded (or shielded) by a layer of opposite-signed PV. Such vortices have specific properties and have been the focus of numerous studies, first in two dimensional geometries (where PV is just the vertical component of the vorticity vector) and in geophysical applications (mostly in layered models). The present paper focuses on three-dimensional, spheroidal shielded vortices. In particular, we focus on vortical structures whose overall volume-integrated PV is zero. We restrict attention to vortices of piecewise uniform PV in the present research. We first revisit the problem within the quasi-geostrophic model, then we extend the results to the non-hydrostatic regime. We show that the stability of the structure depends on the ratio of PV between the inner core and the outer shield. In particular it depends on the polarity of the core and of the wavenumber of the azimuthal mode perturbed. 相似文献
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The barotropic instability is traditionally viewed as an initial-value problem wherein wave perturbations of a laterally sheared flow in a homogeneous uniformly rotating fluid that temporally grows into vortices. The vortices are capable of mixing fluid on the continental shelf with fluid above the continental slope and adjacent deep-sea region. However, the instability can also be viewed as a boundary-value problem. For example, a laterally sheared coastal flow is perturbed at some location, creating perturbations that grow spatially downstream. This process leads to a time periodic flow that exhibits instability in space. This article first examines the linear barotropic instability problem with real frequency and complex wavenumber. It is shown that there exists a frequency band within which a spatially growing wave is present. It is then postulated that far downstream the spatially unstable flow emerges into a chain of identically axisymmetric vortices. Conservation of mass, momentum and energy fluxes are applied to determine the diameter, spacing and the speed of translation of the vortices. 相似文献
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Vortex merger is a phenomenon characterizing the whole class of geophysical vortices, from atmospheric storms and large oceanic eddies up to small scale turbulence. Here we focus on the merger of subsurface oceanic anticyclones in an idealized primitive equations model. This study has been motivated by past and recent observations of colliding lens-like anticyclones off of Gibraltar Strait. The critical conditions for merger (critical merger distance and time needed for merger) are determined. We will show that the predictions of classical two-dimensional merger are not verified for subsurface isolated vortices. For instance, critical merger distances will be reduced because of the vortex potential vorticity (PV) structure. The post-merger characteristics of the vortex (radius, extension and PV), are also determined. Merger-related effects, like production of peripheral filaments and small-scale eddies are also investigated and suggest the contribution of merger in both direct and inverse energy cascades. 相似文献
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本文利用高分辨率模式输出资料,对飓风Wilma(2005)不同发展阶段内位涡塔(Potential Vorticity Tower:PVT)的结构和演变进行诊断分析,并讨论位涡塔分布特征对飓风快速增强(Rapid Intensification:RI)过程的影响.研究结果表明,内核区域位涡的强度和结构变化主要取决于高层的暖心下传、中层的凝结潜热释放和低层的动力稳定性,而低层切向平均位涡的结构及其稳定性变化,对飓风快速增强的不同发展阶段具有很好的指示意义.飓风Wilma增强过程中,在高层增温、潜热释放和对流垂直混合作用下,PVT的结构出现单极位涡塔(Monopole PVT:MPVT)和中空位涡塔(Hollow PVT:HPVT)的相互转化,也造成了涡旋系统动力稳定性的变化.在实际个例中,重新定义位涡环的结构参数,即相对厚度和中空度,这两个参数能够表征系统的稳定性,将其在RI过程中的变化与飓风Wilma强度变化作相关性分析,表明结构参数能够表征PVT结构的不稳定性,且与飓风系统强度变化参数具有很好的相关性,结构参数与海平面气压变化率的相关性能够通过显著性检验. 相似文献
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Abstract In this paper we use the CASL method to explore the role of boundary conditions in determining the long-time behaviour of rotating, stratified, quasi-geostrophic turbulence. We find that initially two-dimensional (sufficiently tall) columns of potential vorticity (PV) break down through three-dimensional instability to give a fully three-dimensional flow consisting of ellipsoidal structures. This is the case both for rigid-lid (isothermal) vertical boundary conditions and for vertically periodic boundaries. However, the rigid boundary case gives rise to semi-ellipsoids at both the top and bottom boundaries, and, for sufficient domain depths, preferred depths for the formation of ellipsoids in the interior. By contrast, in the vertically periodic case, the distribution of ellipsoids is homogeneous in depth. The role of the horizontal boundaries is indirect, but still significant. In all cases doubly periodic horizontal boundary conditions are imposed. We consider a range of initial conditions where in each case equal numbers of two-dimensional columns of positive and negative vorticity are used, taking up a fixed, but relatively small fraction of the domain (approximately 5%). Thus when there is only a small number of vortices, they have larger radius. When the initial number of vortices is small enough (i.e., when the radius is not small compared with the horizontal domain width), at long time there is a two-dimensionalisation giving rise to a single column of positive PV and a single column of negative PV, as has been observed in some previous simulations. We find the same phenomenon for both vertically periodic and rigid lid boundary conditions, but it occurs over a broader range of initial conditions in the vertically periodic case. However, in all cases fully three-dimensional final states are regained when the number of vortices is increased while keeping the fraction of the domain occupied by vortices fixed, i.e., when the vortex radius/domain width ratio is sufficiently small. 相似文献
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The nonlinear equilibration of finite amplitude baroclinic waves in Phillips two-layer model is investigated at finite supercriticality. The aims are to quantify the robustness and relevance of the nonlinear theory of Warn, Gauthier and Pedlosky (WGP) for the evolution of the developing baroclinic wave, and to assess the tightness of pseudomomentum and improved pseudoenergy bounds for disturbance amplitude and energy. A high-resolution numerical model is used to perform a parameter sweep in (β,?W)-space, where β is the inverse criticality of the initial flow, and W is the ratio of the channel width to the (internal) Rossby radius. At low supercriticalities, the main predictions of WGP are found to be accurate at short times, but at long times the fully nonlinear results are found to diverge from WGP's solution. The mechanism for equilibration involves the elimination of the lower layer potential vorticity (PV) gradient, but as the supercriticality increases this is achieved by the roll-up of a train of opposite-signed vortices, rather than by coarse-grain PV homogenization as in WGP. Peak wave amplitudes are typically ≈90% of the maximum attainable under the pseudomomentum bound. New formulae are given for the pseudoenergy bound on disturbance energy which, unlike the WGP solution and the pseudomomentum bound, have non-trivial dependence on W. A detailed assessment is made of the extent to which these bounds are attained. 相似文献
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在近二十年来,多道面波分析法(MASW)由于其便捷、高效等特性在浅层地震勘探领域得到了广泛的应用.本文基于多道面波勘探的采集方式,提出了一种新的面波多道分析方法——矢量波数变换法(VWTM).该方法通过对震源的近似,基于水平层状模型得到台站与震源间近似格林函数,然后进行矢量波数变换得到含有高阶模态Rayleigh波(频率-相速度)频散能量图.本研究首先利用合成地震数据到频散能量图与理论频散曲线进行叠加分析该方法的有效性和正确性;然后与相移法进行对比分析,我们发现在频散能量图中VWTM法对基阶、高阶模态成像均具有更高的分辨率和成像质量;最后我们将其应用于实际多道瞬态面波探测中,通过与相移法进行对比分析,发现VWTM法是一种方便、实用、有效的Rayleigh波频散提取方法.VWTM法提取多模态的Rayleigh波频散特征具有巨大潜力,可为基阶、高阶面波频散联合反演提供丰富的高阶模态频散信息. 相似文献
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采用高精度的拟谱方法，数值模拟了层结海洋中小振幅内行进波的演变和破碎过程.在演变过程中，导致内波破碎的PSI不稳定机制在共振相互作用中逐渐占据主导地位，能量从初级波向低频、高波数运动缓慢传递并形成一次级波包，随即破碎发生.破碎后产生的层化湍流引起的强烈混合以及湍流间歇性可从总能量和涡度峰度随时间的变化趋势看出.我们分析了层化湍流的一些统计特性，包括动能和有效位能沿垂向波数ky的功率谱.结果表明，动能和有效位能谱都存在一个谱段满足k-3y律，且分别可表示为01N4k-3y和02N4k-3y(N为Brunt Visl频率)，通常称其为浮力子区.另外，我们分析了Cox数(湍流扩散系数与分子扩散系数之比)，在层化湍流维持在一定强度时，计算结果和由海洋内区观测(远离内波强生成源和复杂地形)所推测的结论较为吻合. 相似文献