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1.
大气中的适应过程和发展过程(一)——物理分析和线性理論 总被引：2，自引：1，他引：2
适应过程和发展过程是大气运动的两种基本动力过程。在一般情况下,大气运动基本上是处于地轉平衡的,但同时也存在着沿某一比較規律的方向演变的过程——发展过程;而发展过程却正是通过地轉平衡的不断破坏来实現的(在完全的地轉平衡条件下,大气的运动是常定的).这就說明大气运动中存在着地轉适应过程和地轉平衡不断遭到破坏的內部机制。但在过去,地轉适应过程是用线性理論研究的,它給出了适应过程而得不到发展过程(場趋向于常定状态);而发展过程却是考虑了場的非綫性而借助于諸簡化模式忽略了适应过程来研究的。要全面揭露这种內部机制,看来,我們必須应用非线性的完整的动力学和热力学方程組.完整的方程式組也应該能够揭露出大气运动的准地轉性,亦即在通解中应該作为主要部分而区分出地轉部分来.同时我們还可以研究大尺度的准无水平輻散运动(准地轉运动)部分与非地轉部分的相互作用問題,并确定諸簡化模式的适用程度。 本文就是用非线性的完整方程式組来研究上述諸問題。 相似文献
2.
文中利用时间边界层概念研究了大气运动中的快过程,发现:对的大尺度运动,在时间上可以区分为静力适应过程,地转适应过程及水平无辐散适应过程三个快过程,以静力适应过程为最快,地转适应过程次之,水平无辐散适应过程最慢。对L=L_0的大尺度运动,静力适应过程仍为最快,地转适应过程与水平无辐散适应过程在时间上已难以区分。对L相似文献
3.
在[1]中,我们曾经讨论了大尺度运动、中小尺度运动中的快速过程,指出,对大尺度运动,在时间上可以区分出静力适应过程、地转适应过程和水平无辐散适应过程三类快过程。静力适应过程最快,地转适应过程和无辐散适应过程的相对快慢程度与运动的尺度L相对于Rossby变形半径L_0的大小有关。当L>L_0时,地转适应过程比无辐散适应过程快;当L相似文献
4.
大气运动的特征参数和动力学方程 总被引：6，自引：2，他引：6
应用尺度理論及相似性原理分析大气动力学方程,可以揭露各种模式的相互联系并确定其适用范围。在准靜力平衡及气压梯度力与柯氏力同量級的假定下,对于无粘性流体的絕热运动,可以确定出三个由外部参数决定的特征尺度:由柯氏参数l_0决定的特征时間尺度l_0~(-1),由溫度层結及平均溫度决定的特征速度尺度C_0,及由此决定的水平距离尺度L_0=C_0L_0~(-1),这三个尺度与相应的大气运动的特征尺度之比值ε=1/Tl_0,μ=L_0/L及M_a~(-1)=C_0/U(或者λ=M_aμ)就是决定大气运动特性的三个基本参数。当o(ε)<相似文献
5.
文中研究了处于地转平衡状态的切变基流中的地转适应过程。切变基流对适应过程有重大影响,当基流具有很强的反气旋切变,使f-(du)/dy<0时,非地转运动强烈发展。 非绝热加热的存在,一方面不断产生非地转运动,通过柯氏力迅速向地转平衡调整,另一方面,风压场不能完全达到地转平衡,进行着准地转下的缓慢演变过程。 相似文献
6.
论小尺度过程动力学的一些基本问题 总被引：5，自引：0，他引：5
本文对层结大气中小尺度过程动力学的一些基本问题作了研究。 首先用频率法对线性化后的小尺度运动方程作了分析。分析指出,线性化后的运动方程中包含了两种不同类型的波动,即快速传播的声波和相对声波而言的慢波——重力内波。 对于有气象意义的运动而言,声波是一种“噪音”,必须从运动方程中把它滤掉。文中指出,由于静力偏差(非静力平衡)对小尺度运动的发展具有重要的意义,一般用静力平衡来消除声波的方法对小尺度运动并不适用。文中提出了三种不同的消除声波的方法,即1)不可压缩条件的应用;2)将解按参数ε’(=V~2/gL)的冪次展开; 3)平衡方程的应用。同时分析了这三种不同滤波方法所带来的误差程度。 作为初值问题,研究了当在某一时刻在大气有限区域内的扰动破坏了静力平衡后所激发出的声波的频散性质,指出,从静力平衡的破坏到其种平衡状态的建立,场的这一适应过程完成得极其迅速。 最后,利用所提出的滤波方法,建立了滤掉声波后的二维非线性运动方程组。 相似文献
7.
本文采用多时间尺度方法分析热带大气的大尺度运动,得到了三个阶段的运动性质。结果表明,热带大尺度大气运动与中纬度大尺度大气运动一样,具有双适应现象,即第一阶段由于重力波频散,产生了地转适应;第二阶段由于长波频散,产生了位涡适应。 同时指出,运动的三个阶段的演变过程,可以统一为位势涡度适应过程,这是一种非线性过程,而地转适应是位涡适应的初级阶段。 相似文献
8.
大气运动非平衡强迫与“98·7”暴雨云团的中尺度特征 总被引：8，自引：1，他引：8
文中对 1 998年 7月 2 1日发生在武汉附近地区的突发性特大暴雨过程之激发机制与中尺度环境场特征进行诊断 ,结果显示 :(1 )引发本次突发性特大暴雨的 β中尺度对流云团 ,其环境物理场比较特殊 ,在暴雨最强时刻 ,对流层高低层没有独立的负、正涡度大值中心区与之对应 ,辐合层并不十分深厚 (低于 5 0 0hPa) ,且气流散合强度(1 0 -4s-1 )较旋转强度 (1 0 -5s-1 )大一个量级 (D ζ)。 (2 )在暴雨临发生前 ,对流层低层中尺度辐合增长较正涡度增长大一个量级 (Dt ζt) ;到暴雨最强时刻 ,尽管气流辐合已达到 1 0 -4s-1 量级 ,但涡度变化尚未适应到散度变化的水平。散度变化超前涡度变化与高空资料时间分辨率不足是暴雨最强时刻观测到D ζ的主要原因。 (3)在暴雨发生前 1 0余小时 ,大气运动已处于较强的非平衡状态 ,且越临近暴雨发生 ,U <0的非平衡性越强 ;而在暴雨最强时刻 (7月 2 1日 0 8时 ) ,大气运动即由U <0的非平衡态转为U≈ 0的准平衡态。 (4 )对流层低层大气运动非平衡动力强迫与 2 0 0hPa等压面上的中尺度强辐散是本例暴雨和β中尺度暴雨云团发生发展的重要动力启动机制 相似文献
9.
通过简化的降水率公式、散度方程和运动学公式,在强降水上空满足风压场,(分别为高,低层地转偏差;分别为高、低层实际风)条件下,分别导出与天气尺度运动正相对散度中心对应的强降水加强,减弱及移动的判别式。并提出以此判别式作为临近预报的依据。讨论表明:在天气尺度运动正相对散度中心对应的强降水上空,满足上述条件下,高层,高、低层及低层非地转运动在地转涡度平衡态(fζ=▽2φ)附近摆动,通过高层强辐散、高层强辐散同时低层强辐合或低层强辐合引起正相对散度中心的变化,影响强降水加强、减弱。 相似文献
10.
在自由大气中,风压场之间基本上是满足地转平衡的,但在某些局部地区,可以出现地转偏差,而这些偏差通过惯性重力外波的频散作用将最终消灭而建立起地转平衡。这种适应过程已有很多的研究。与自由大气中的准地转气流的特征相似,在边界层中,在三种力即折向力、气压梯度力和湍流粘性力的平衡下,风场呈现Ekman气流,即风速矢量湍迹呈现Ekman螺线。类似于地转适应问题的提法,在边界层中,也存有Ekman气流的适应问题。即当初始场在某种原因下,风场、压力场之间与Ekman气流 相似文献
11.
F. A. Gifford 《Boundary-Layer Meteorology》1984,30(1-4):159-175
The physical basis for the random force theory of atmospheric diffusion is briefly reviewed. The random force equation has usually been introduced as an atmospheric analogy to Brownian motion. Here it is derived by assuming a type of Rayleigh friction in the Lagrangian equations of atmospheric motion. Consequences, including the Lagrangian correlation and spectrum, the particle-particle intercorrelation, and cluster and plume dispersion and meandering, are derived and compared with atmospheric observations. The characteristic time-scale of atmospheric diffusion is shown to be governed by the Coriolis effect, a result in good agreement with meso- and large-scale observations. 相似文献
12.
With the Weather Research and Forecasting model (WRFV3.2.1), the application of spectrum nudging techniques in numerical simulation of the genesis and development of typhoon Longwang (2005) is evaluated in this work via four numerical experiments with different nudging techniques. It is found that, due to the ability to capture the large-scale fields and to keep the meso-to small-scale features derived from the model dynamics, the experiment with spectrum nudging technique can simulate the formation, intensification and motion of Longwang properly. The improvement on the numerical simulation of Longwang induced by the spectrum nudging depends on the nudging coefficients. A weak spectrum nudging does not make significant improvement on the simulation of Longwang. Although the experiment with four-dimensional data assimilation, i.e., FDDA, also derives the genesis and movement of Longwang appropriately, it fails to simulate the intensifying process of Longwang properly. The reason is that, as the large-scale features derived from the model are nudged to the observational data, the meso- to small-processes produced by the model dynamics important to the intensification of typhoon are nearly smoothed by FDDA. 相似文献
13.
小尺度系统对涡旋自组织的影响 总被引：1，自引：1，他引：0
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
14.
正压大气中尺度半平衡和准平衡动力学模式 总被引：3，自引：0，他引：3
应用描写正压大气运动的基本方程组，分析了中尺度大气运动的物理特征，指出非平衡强迫运动是引起中尺度重要天气演变的根本原因。中尺度动力学方程组是中尺度动力学理论研究的基础，因此，结合中尺度大气运动的基本特征，依据严格的尺度分析理论和摄动理论，简化基于流体力学和热力学的大气动力学方程组使之能够恰当地描述出中尺度运动的基本特征，对于中尺度动力学的发展是极为必要的。基于非线性平衡方程所得到的半平衡和准平衡动力学模式分别与半地转和准地转模式极为相似，它们可以较精确地描述中尺度大气运动的基本特征，因而，可作为中尺度动力学研究的理论基础。将准平衡动力学模式应用于中尺度涡旋系统的研究，结论表明中尺度平衡涡旋系统主要是受梯度风控制，其流场和气压场的发展演变则由一个演化方程来描写，获得了较为理想的结果。 相似文献
15.
Based on the conservation of entropy and potential vorticity in adiabatic atmospheric motion without theconsideration of friction,calculation is made of the trajectory of a particle on an isentropic surface by use ofthe data of FGGE III-b.Results of several calculation schemes of the trajectory discussed show that thelocal data interpolation and Runge-Kutta time-integral scheme is the best.The calculated trajectory reflectsthe large-scale atmospheric motion only and the small-scale motion emerges as a deviation term of thecalculated trajectory.And then the outbreak and propagation of planetary wave are studied by means ofthe deformation of a material line,with the result showing that the material line can be tracked in the trop-osphere only in a few days,beyond which the interaction between the small-scale waves and large-scale motionleads to its dramatical twisting and deformation.Therefore,the Lagrangian method is assumed to be an effectivemeans of diagnostic research in the nonlinear interaction in atmospheric circulation,in addition to the generalstudy of the atmospheric circulation. 相似文献
16.
用WRF模式对2007年4月21—22日的一次中α低涡暴雨过程进行了高分辨率模拟,结果表明:(1)该低涡的产生与湖北西部的地形条件有一定的联系,低压倒槽系统为其提供了必要的环流背景,反演自FY-2 C卫星的TBB资料较好地反映了该中α低涡的整个活动过程。(2)对低涡发展最强阶段的动力和热力结构分析表明,低涡右侧为较强的上升运动,而其左侧则为下沉运动,在中低层冷空气上部有南侧暖湿空气上爬造成的次级上升运动;低涡左侧存在较明显的湿斜压锋区,后部则有明显的干冷气切入;南风风量对总体水汽输送的贡献要大于西风风量。(3)WRF模式中NOAH和热扩散陆面方案的对比分析表明,NOAH方案更加有利于低涡中心的发展,因此能够产生较热扩散方案更强的中心区降水,但是这种增强作用主要分布在低涡区附近,其他地区差别不大。 相似文献
17.
The breakdown and foundation of geostrophic balance is one of the important movements inthe mid-and high-latitude atmosphere and oceans.In the tropical area,the value of Coriolis pa-rameter is so small that it is difficult to satisfy the bi-geostrophic equilibrium between the pressureand velocity fields.However,in the tropical area,the zonal velocity of some motions in the atmo-sphere and oceans is large,so the Coriolis force is not small,geostrophic balance can exist in zonaldirection,i.e.semi-geostrophic balance.Furthermore,in the dominant area of Hadley circulationin the atmosphere or the area near the ocean meridional boundary,the meridional velocity is large,so geostrophic balance can also exist in meridional direction.In this paper,the process of the dis-persion of inertial gravity wave and the foundation of semi-geostrophic balance are first discussed.Second,the adjustment process between the velocity and pressure fields after adaptation is alsoviewed,and the scale criterion of the semi-geostrophic adaptation is discussed,i.e.for the motionwith meridional scale greater than the equatorial Rossby radius of deformation,the velocity andpressure fields after adaptation change to fit the initial pressure field;on the contrary,the fieldschange to fit the initial zonal velocity field,and the strength of the fields after adaptation dependson the zonal scale. 相似文献
18.
在变分资料同化中背景误差水平相关模型不仅决定着观测信息传播到格点空间的远近,而且影响着频谱空间中不同尺度上的分析增量信息的多少。本文比较高斯（Gauss）、二阶自回归（Soar）以及尺度叠加高斯模型（Supergauss）在时空域随着空间距离和在频谱域随着不同尺度分布的特点,阐述三种相关模型在区域GRAPES三维变分分析（GRAPES-3DVar）中的实施方案,同时通过单点观测试验研究不同相关模型对分析的影响。研究表明Gauss相关模型造成分析中小尺度信息的不足,同时当流函数和非平衡的势函数作为分析变量时,依据动力场变量之间的相关关系,会造成风场观测不合理的较大负相关信息。Soar相关模型能增加分析的中小尺度信息,但在三维变分分析实施中只能采用一阶递归滤波方案,由于计算精度不够会造成风场分析增量异常。当采用Supergauss相关模型时,不仅缓解单一高斯模型造成的不恰当风场观测负相关信息,并可增加分析增量的中小尺度信息,同时在递归滤波实施中可获得合理的分析增量。因而Supergauss相关模型在三种模型中最适合描述背景误差水平相关,对高分辨率3DVar系统的中小尺度分析有益。 相似文献
19.
尺度叠加高斯相关模型在GRAPES-RAFS中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
背景误差水平相关模型影响着分析增量的结构,同时也决定着不同尺度上分析增量信息的多少。为了提高中小尺度系统的分析质量,研究尺度叠加高斯相关模型的特征及其在三维变分同化系统中的应用效果。通过分析高斯模型和尺度叠加高斯模型的空间特征,以及它们的拉普拉斯算子和谱响应函数的特征,同时依据统计的背景误差特征来改进背景误差水平相关模型。通过采用不同相关模型的GRAPES-RAFS快速分析预报循环批量试验表明:改进的尺度叠加高斯相关模型不仅能增加分析场的中小尺度信息,同时尺度叠加高斯函数描述的风场背景误差相关特征更符合实际统计结果,缓解了原高斯函数方案风场负相关偏大的问题。因而尺度叠加高斯相关模型的应用大幅度提高了分析质量,特别是风场分析质量,同时12 h内风场预报质量也略有提高,也显著提高了前24 h各量级降水的ETS评分,明显缓解了原高斯模型方案的虚警现象。尺度叠加高斯相关模型能明显增加分析的中小尺度信息和更合理地描述风场负相关结构,在三维变分分析中的应用能显著改进分析和降水预报质量。 相似文献
20.
Criteria of the free meandering tracks of typhoons are derived from the genera! solutions of typhoon motion equations. It is suggested that the meandering motion of a typhoon is caused by the combination of the internal force, the initial speed of the typhoon and the average pressure gradient force of the typhoon volume affected by the environmental pressure field. It is also revealed that under specified circumstances, the meandering may be caused only by the typhoon's internal force. Finally two examples of fitting calculation are given for illustration. 相似文献