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两种类型中尺度涡旋Rossby波的相速度及其物理机制 总被引：6，自引：0，他引：6
本文使用正压浅水方程组以及纬向切变基流下二维中尺度横波型扰动的Bouss-inesq近似方程组,分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动的波动传播物理过程。研究结果表明,中尺度涡旋Rossby波划分为两种类型。由于纬向基本气流的方向的二阶水平切变或者基本气流的垂直涡度在南北方向的变化(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波相对于基本气流-U0是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用。如果考虑基流的二次垂直切变时,可以得到第二类涡旋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基本流场的风速-U的二次垂直切变或者基本流场y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波相对于基本气流-U0也是单向传播的,其相速度与纬向波数k有关,能量是频散的,在纬向x方向存在群速度。在基本流场的风速-U存在二次垂直切变时,横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby-重力波的不稳定;而当基本流场的风速-U仅仅存在线性切变,不存在二次垂直切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,横波型扰动的不稳定则仅仅是重力惯性波的不稳定。最后利用横波型扰动的总涡度守恒方程对第二类涡旋Rossby波形成的物理机制做出了解释。 相似文献
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通过数值计算扰动的波谱和谱函数,对垂直非线性切变基流中横波型扰动的不稳定作了数值研究,给出了不稳定谱函数的结构,讨论了不稳定的性质。主要结论有:在基流为非线性垂直切变时,对三支波动连续谱区互不重叠的天气尺度情况,此时出现的不稳定扰动其性质是准地转涡旋波的不稳定,即Rossby波的斜压不稳定。在中α尺度中高端,虽有涡旋波和重力惯性波连续谱区的部分重叠,但这时不稳定的性质仍是涡旋波的不稳定,即准平衡的斜压不稳定。在中α尺度低端,既有准平衡涡旋波的不稳定,又有非平衡的涡旋-重力惯性混合波的不稳定(第一类混合波不稳定)。中β尺度不稳定的性质则是非平衡的涡旋-重力惯性混合波的不稳定,包括第一类混合波不稳定和第二类混合波不稳定。上述情况与线性垂直切变基流的结论相一致,但这里因基流垂直分布较复杂,垂直方向会出现散涡比以1为界的多段交替分布。综上,对于横波型扰动,只要基流不是常数,且层结稳定,虽此时存在纯重力惯性波连续谱区,但均无纯重力惯性波的不稳定,只有涡旋-重力惯性混合波的不稳定。 相似文献
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中尺度对称不稳定和横波不稳定的波动性质 总被引：2，自引：0，他引：2
使用纬向线性以及非线性切变基流下中尺度扰动的Boussinesq近似方程组，讨论了两种典型的中尺度扰动发生对称不稳定或者横波不稳定时，其不稳定的一些特征以及扰动的波动性质。研究结果表明：（1）对于扰动的等位相面平行于基本气流方向的对称性扰动来说，对称不稳定的波动实质是沿着与基本气流方向相垂直的方向传播的重力惯性内波的不稳定。基流二次切变对于中尺度对称扰动来说是一个不稳定因子，并且驱动不稳定的中尺度对称扰动在南北方向传播；（2）对于扰动的等位相面垂直于基本气流方向的横波性扰动来说，在基本气流为常数或者只具有线性切变的情况下，此时根本不存在涡旋Rossby波，横波不稳定的波动实质则是沿着基本气流方向双向传播的重力惯性内波的不稳定。如果考虑基本流场的风速存在二次切变或者非线性切变时，此时就会产生一支新的波动（涡旋Rossby波），涡旋Rossby波相对于基本气流^-U0是单向传播的，涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速^-U二次切变（β＊=^-Uzz≠0），此时横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby——重力波的不稳定。实际大气中，涡旋Rossby波对于中够尺度对流云核、暴雨团等天气系统的发生、发展和演变的物理机制具有极其重要的意义。 相似文献
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本文采用美国新一代非静力中尺度数值模式WRFV3．1．1版本对2006年8月14日的1次高原低涡过程进行了3重嵌套的数值模拟,分析模拟输出的高时空分辨率资料,发现涡度散度在各层次上均存在着正负值区域的相临交替分布,体现出一定的波动性,并随时间的变化而旋转,由此对高原低涡中的涡旋波的产生和发展进行详细分析,发现高原低涡中同时具有产生涡旋Rossby波与惯性重力波的条件,进一步粗略计算了涡旋波切向的移速介于涡旋Rossby波与惯性重力波的理论移速之间。由分析结果得出结论认为,在低涡中心区域,由于较高的涡度径向梯度,同时有较强的辐合辐散,波动表现出以涡旋Rossby波与惯性重力波混合的特性为主;低涡外围区域中涡度径向梯度大大减弱,失去了产生涡旋Rossby的条件,显现为惯性重力波的特性。同时高原低涡生命期相对较短,波动在圆周上的传播条件不均匀,这说明可能大多高原低涡螺旋形态的发展并不均匀或并不完整,较难形成如同海上热带气旋般比较均匀和完整的螺旋云带。另外,模拟也发现,在低涡成熟阶段,低涡呈现暖心结构,中心区域垂直运动较弱,表现为相对平静的眼区域。 相似文献
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基于WRF的高原低涡内波动特征及空心结构的初步研究 总被引：2，自引：0，他引：2
本文采用美国新一代非静力中尺度数值模式WRFV3.1.1版本对2006年8月14日的1次高原低涡过程进行了3重嵌套的数值模拟,分析模拟输出的高时空分辨率资料,发现涡度散度在各层次上均存在着正负值区域的相临交替分布,体现出一定的波动性,并随时间的变化而旋转,由此对高原低涡中的涡旋波的产生和发展进行详细分析,发现高原低涡中同时具有产生涡旋Rossby波与惯性重力波的条件,进一步粗略计算了涡旋波切向的移速介于涡旋Rossby波与惯性重力波的理论移速之间.由分析结果得出结论认为,在低涡中心区域,由于较高的涡度径向梯度,同时有较强的辐合辐散,波动表现出以涡旋Rossby波与惯性重力波混合的特性为主;低涡外围区域中涡度径向梯度大大减弱,失去了产生涡旋Rossby的条件,显现为惯性重力波的特性.同时高原低涡生命期相对较短,波动在圆周上的传播条件不均匀,这说明可能大多高原低涡螺旋形态的发展并不均匀或并不完整,较难形成如同海上热带气旋般比较均匀和完整的螺旋云带.另外,模拟也发现,在低涡成熟阶段,低涡呈现暖心结构,中心区域垂直运动较弱,表现为相对平静的眼区域. 相似文献
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β中尺度暴雨系统发生发展的一种可能物理机制I. 涡旋Rossby波的相速度 总被引：8，自引：0，他引：8
使用纬向基流下横波型扰动的Boussinesq近似方程组, 分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动发生不稳定时, 大尺度背景流场在垂直方向上的各种分布特征.在大气层结比较稳定的情况下, 如果基本气流在低层和高层较大(有可能存在低空急流和高空急流), 此时产生的β中尺度不稳定扰动相对于基流向东传播, 甚至于快速向东传播.基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用.如果考虑基流的二次切变, 可以得到涡旋Rossby波的相速度表达式, 涡旋Rossby波相对于基本气流是单向传播的.涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速二次切变, 亦即基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀所致.涡旋Rossby波的相速度与纬向波数也有关, 它的能量是频散的, 其在纬向x方向也存在群速度.在基本流场的风速存在二次切变时, 横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby重力波的不稳定; 而在基本流场的风速仅仅存在线性切变, 不存在二次切变时, 横波型扰动的不稳定则是重力惯性波的不稳定. 相似文献
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斜压切变基流中横波型扰动的特征波动 Ⅱ:谱函数 总被引：3，自引：0，他引：3
“斜压切变基流中横波型扰动的特征波动Ⅰ谱点分布”一文中分析了斜压切变基流中横波型扰动的谱点分布，这里又对其谱函数进行了分析讨论。结果表明当基流在垂直方向存在切变时，重力惯性波与涡旋波的谱函数在垂直方向上均可出现临界层，临界层的高度随频率σ而变化，即重力惯性波与涡旋波都存在连续谱，但涡旋波与重力惯性波连续谱的结构却不同；对天气尺度扰动，两支重力惯性波和1支涡旋波的连续谱不重叠，此时每支波动仅有1个临界层；而对次天气尺度的扰动，重力惯性波与涡旋波的连续谱区会发生重叠，在连续谱的重叠区，重力惯性波仍只有1个临界层，但涡旋波则可以有2个或3个临界层。无论是涡旋波还是重力惯性波其连续谱的波包随时间都是衰减的，但涡旋波波包比重力惯性波波包衰减得慢。 相似文献
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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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在回顾了近年来热带气旋波动动力学研究的基础上,介绍了热带气旋内中尺度波动不稳定机理研究方面的进展,分别对热带气旋三类中尺度特征波动的不稳定,即经典重力惯性波、涡旋Rossby波和具有物理性质不可分的混合波的不稳定进行了物理分析,给出了热带气旋内对称不稳定、横波不稳定、对流对称不稳定、涡旋Rossby波正压不稳定及混合波不稳定的动力解释,进一步说明热带气旋内中尺度扰动发展是与基本气流的动力(水平和垂直切变)及热力状态之间的相互作用密切相关。 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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In terms of its dynamics, The Tibetan Plateau Vortex （TPV） is assumed to be a vortex in the botmdary layer forced by diabatic heating and friction. In order to analyze the basic characteristics of waves in the vortex, the governing equations for the vortex were established in column coordinates with the balance of gradient wind. Based on this, the type of mixed waves and their dispersion characteristics were deduced by solving the linear model. Two numerical simulations with triple-nested domains--one idealized large-eddy simulation and one of a TPV that took place on 14 August 2006---were also carried out. The aim of the simulations was to validate the mixed wave deduced from the governing equations. The high-resolution model output data were analyzed and the results showed that the tangential flow field of the TPV in the form of center heating was cyclonic and convergent in the lower levels and anticyclonic and divergent in the upper levels. The simulations also showed that the vorticity of the vortex is uneven and might have shear flow along the radial direction. The changing vorticity causes the formation and spreading of vortex Rossby （VR） waves, and divergence will cause changes to the n~otion of the excitation and evolution of inertial gravity （IG） waves. Therefore, the vortex may contain what we call mixed ：inertial gravity-vortex Rossby （IG-VR） waves. It is suggested that some strongly developed TPVs should be studied in the future, because of their effects on weather in downstream areas. 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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早期的理论分析认为大气中临界纬度的存在使得热带-热带外的大气活动互不影响。然而,大量的观测事实表明中低纬度大气运动存在着明显的动力联系。为了帮助人们更好地理解大气中的遥相关现象,在大量文献的基础上,综述了几种波能量传播理论:(1) 大圆理论指出了罗斯贝波在球形大气中的传播特征;(2) 西风通道理论发现了中纬度瞬变扰动越赤道传播的“走廊”;(3) 能量堆积-波列发射理论揭示了热带扰动影响到更高纬度大气活动的可能过程;(4) 赤道波侧向膨胀理论则利用转折纬度的概念更进一步解释了这种中低纬度大气相互作用的物理机制;(5) 经向基本流理论则认为在一定的条件下定常波可以穿过热带东风带传播到另一半球。此外,文中还回顾了在波-流相互作用诊断方面的研究进展,尤其是关于罗斯贝波、惯性重力波和赤道开尔文波。大气能量的经向传播具有显著的年变化和年际变化,这与ENSO、西风急流、大洋中部槽等的变化密切相关。 相似文献
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大气动力学中三种Rossby波作用通量的特征差异和适用性比较 总被引：1，自引：0，他引：1
大气动力学诊断Rossby波的传播时,通常用波作用通量来表示。常用的三种波作用通量分别为Plumb波作用通量,T-N波作用通量和局地E-P通量。本文详细讨论了这三种方法的特征差异,并结合2016年1月的一次寒潮事件,比较了三种方法在该事件中的适用性。结果表明:1)Plumb波作用通量的纬向分量较大而经向分量较小,适用于振幅较小的纬向均匀的西风带Rossby长波的诊断。2)T-N波作用通量是对Plumb波作用通量的改进,经向分量得以增强,能更好地描述纬向非均匀气流中的较大振幅的西风带Rossby长波扰动。T-N波作用通量计算时,背景场取多年平均的当月气候场较合适,能更好地反映当前季节内的Rossby波传播异常。3)局地E-P通量可以诊断一段时间内天气尺度瞬变波对背景场(定常波)总的调控作用,但无法直接反映Rossby长波的逐时演变(T-N波或Plumb波作用通量则可以)。 相似文献
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Early theoretical analyses indicated that the tropics and extratropics are relatively independent due to the existence of critical latitudes. However, considerable observational evidence has shown that a clear dynamical link exists between the tropics and midlatitudes. To better understand such atmospheric teleconnection, several theories of wave energy propagation are reviewed in this paper: (1) great circle theory, which reveals the characteristics of Rossby waves propagating in the spherical atmosphere; (2) westerly duct theory, which suggests a “corridor” through which the midlatitude disturbances in one hemisphere can propagate into the other hemisphere; (3) energy accumulation-wave emanation theory, which proposes processes through which tropical disturbances can affect the atmospheric motion in higher latitudes; (4) equatorial wave expansion theory, which further explains the physical mechanisms involved in the interaction between the tropics and extratropics; and (5) meridional basic flow theory, which argues that stationary waves can propagate across the tropical easterlies under certain conditions. In addition, the progress made in diagnosing wave-flow interaction, particularly for Rossby waves, inertial-gravity waves, and Kelvin waves, is also reviewed. The meridional propagation of atmospheric energy exhibits significant annual and interannual variations, closely related to ENSO and variation in the westerly jets and tropical upper-tropospheric troughs, amongst others. 相似文献
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Three Types of Tropical Waves Related to Tropical Cyclogenesis over the Western North Pacific 
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下载免费PDF全文 CHEN Guang-Hua 《大气和海洋科学快报》2009,2(6):321-326
The present study applies a space-time filter to identify three dominant types of tropical waves： Madden-Julian oscillations （MJOs）, equatorial Rossby （ER） waves, and tropical depression （TD）-type disturbances. The impacts of these waves on tropical cyclones （TCs） were investigated based on 131 observations during the period 2000-07. The results suggest that 72% of TC geneses were related to the joint impacts of more than one type of wave. The composites for cases in different categories reveal that TCs related to the concurrence of the three types of waves have strong and large initial vortices at the time of TC genesis. In the absence of the MJO, ER- and TD-related TC genesis, embedded in easterly flow, exhibits a relatively fast initiation process and gives rise to a relatively small scale vortex. In contrast, without the ER wave contribution, TCs associated with ER and TD waves did not require strong convection at the time of genesis because an initial vortex can rapidly develop in the MJO active phase through persistent energy transfer. The MJO-related TC geneses were scattered in geographic distribution, as opposed to the clustered and eastward shift observed for genesis cases without contributions from MJOs. 相似文献
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In this paper,the effects of the large-scale mean sea temperature fields of the tropical ocean and the zonal current field (southern equatorial current) have been comprehensively entered in consideration on the basis of Chao and Ji (1985),and Ji and Chao (1986),the equatorial oceanic waves of the tropical ocean have been discussed by use of linearized primitive equations,then,the significant influence of the climatic background fields of the tropical ocean upon the oceanic waves of this region has been further testified.When very cold water appears in the tropical region,and the southern equatorial current is also relatively strong,the effect of the Rossby wave weakens,as a consequence,there are substitutive slow waves (i.e.thermal waves) which travel in opposite direction (eastward) to the Rossby wave.The characteristics of the slow wave are similar to those of Rossby waves,only the travelling direction is opposite.Under a certain environmental background field,the slow wave and the modified Rossby wave may be instable.With this conclusion,the mechanism of the occurrence,development and propagation of El Nino events has been studied.It is pointed out that the opposite travelling direction of the thermal wave and Rossby wave will bring repectively into action under different marine environmental background fields.The physical causes for that the abnormal warm water inclines to occur along the South American coast have also been explored in this paper. 相似文献