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大气中尺度涡旋的三维螺旋结构理论 总被引：12，自引：1，他引：11
文中应用描写大气运动的方程组求得了中尺度涡旋的三维定常流场以及相应的压力场和温度场 ,其中的三维流场构成了物理空间的一个非线性自治动力系统。理论分析和计算表明 :若中尺度涡旋的下层流体呈气旋 (反气旋 ) ,且伴有水平辐合 (散 )的螺旋转动 ,则通过上升(下沉 )运动 ,其上层流体呈反气旋 (气旋 )且伴有水平辐散 (合 )的螺旋转动 ,从而形成中尺度涡旋的三维螺旋结构。这些都与实际大气中的中尺度涡旋结构相似。它充分说明 :在旋转有粘性的大气中 ,为了保证质量守恒 ,必须有这种螺旋结构。 相似文献
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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
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大气动力学的基本问题,也是自然流体力学中的一些基本问题.大气运动是极其多种多样的.在时、空尺度上以及在形态和性质上都有很大差别.大体上说可以分为全球规模的和行星尺度的运动——即所谓大气环流、大尺度天气系统、涡旋、波动、对流以及边界层湍流.我们这里只讲关于前三者的一些问题. 一、大气环流和大尺度运动的动力学 1.在引力和旋转力场中流体运动的一般特点简言之,大气运动是由地球吸收太阳辐射能所推动的.然而它又是在地球重力场和旋转力场作用之下. 相似文献
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平衡流(或粗略地说涡旋流)调整目前被认为是惯性重力波产生的一种新的机制并被称为自发辐射问题。基于f平面上正压模式,该文对涡旋流自发辐射惯性重力波这一问题进行了初步解析研究。首先,通过该模式讨论了慢流形和平衡流的概念并强调了平衡流的涡旋运动特征。假定Froude数F《1且Rossby数ε=O(1)(即近似为平衡流的涡旋流包括了梯度风和其他非地转成分),于是基本方程可以写为有关惯性重力波的非齐次波动方程,其非齐次项与涡旋流的非平衡性质有关,而对于严格平衡的涡旋流,非齐次项消失,故涡旋流的非平衡性实际上提供了惯性重力波的强迫源,通过找出该方程的格林函数给出了反映自发辐射的非齐次解。在远离波源的区域,该非齐次解可以展开为远场形式,包括单极、偶极和四极辐射,另一方面,在波源区域以内及其附近,解的近场形式可以看作是慢流形的近似表达式。结果表明:与涡旋流相伴随的辐合/辐散运动主要由两部分组成,即由它自发辐射出的惯性重力波以及从属于平衡流的缓慢变化的辐合/辐散运动。与Ford的匹配渐近展开方法相比较,尽管不能给出更高阶近似,但格林函数法得到的非齐次解形式,在描写自发辐射方面更具物理直观性。 相似文献
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本文试图对旋转大气中运动适应过程问题的研究作一全面的评述,这里是全文的第二篇,包括三方面的内容,即球面上大气的地转适应过程和旋转适应过程;快波的激发以及涡旋和快波的相互作用问题;适应过程理论结果在天气分析和预报以及数值天气预报等方面的应用问题。 相似文献
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溃变原理—结构分析法在强对流天气中的应用 总被引：2，自引：0，他引：2
溃变原理[1]－结构分析法是欧阳首承教授经过三十多年的潜心钻研，研究出来的一套新的理论和方法，其核心就是要充分利用非均匀或不连续的真实信息，来预报天气演化的转折性变化,而天气演化的实质，既是大气涡旋转移式的演化。在天气预测的分析中，以涡动的旋矢性，风矢的不断续性，超低温和反序量[2]构成结构分析体系，在天气的转折性变化和雷暴，暴雨，大风等强对流天气的预测中取得了成功。“旋矢性”是通过分析某个测站垂直方向上整层风夭的顺时针或逆时针滚流结构，来判断天气的转折；“超低温”是通过分析对流层顶或平流层底大气的超低温现象，即位温随气压的下降而陡然降低或不变，来预测灾害性天气；通过分析风场的不连续带来确定“次涡旋”；“反序量”即按照风，湿，温，压的顺序，而非压，湿，湿，风的顺序分析信息，提前抓住溃变信息。 相似文献
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本文利用正压无辐散模式在无环境基本气流的情况下对双涡的藤原效应及其“合并”后涡旋移动路径的特征进行了数值模拟研究。结果表明，只有当双涡间的距离小于某一临界距离时才会出现藤原效应，这一临界距离决定于涡旋的结构及双涡的相对强度；双涡的“合并”过程实际上是其中一个涡旋减弱消失而另一涡旋维持的过程；在考虑β效应的情形下，两个同等强度的涡旋“合并”后表现为较平直的向西北的β飘移，而两个不同强度的涡旋“合并”后表现为陀螺运动和β飘移的叠加。这些结果与实际大气中双台风相互作用的许多现象极为相似。 相似文献
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本文考虑高度非线性的大气中期运动是一种准涡旋运动,引用了准涡旋观点和方法来处理二维无辐散和三维运动方程,即在开始时保留涡旋项,而在对方程进行纬圈平均后,去掉一些涡旋项,得到了某些大气运动特征如西风指数、纬向动量和涡度的经向输送的纬圈平均值等的变化或摆动的振动方程,并求出谐波解。振动周期决定于经向动能二倍的纬圈平均值的平方根(v~2)~(1/2)。基本周期约二十天左右。 所得结果可能对极端复杂的大气运动总有出现中期振动的趋势和精致设计的圆盘模拟实验出现摆动的事实,提供某种程度的动力学解释,同时也可能对中期预报的实践提供一些依据。 本文的主要科学目的,是想指出对极端复杂的大气中期过程还是可能用线性理论来研究其某些特征的。 相似文献
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从一般的热力学原理或其它自然原理对唯象关系所强加的限制,能够演绎出大气系统的一系列热力学性质。利用非平衡态线性热力学导出了湍流K闭合理论中湍流交换系数同唯象系数的关系,从理论上证明大气系统热量湍流输送同水汽之间存在交叉耦合,还导出了湍流强度同速度和位温梯度的关系,从而证明速度和位温空间分布的非均匀性是湍流之源。并证明湍流强度定理,不可压缩气体和各向同性湍流大气中,湍流强度正比于速度与位温梯度的标积。进而证明大气涡旋定理,位温的切变将导致涡旋运动或各种环流运动,速度涡度等于速度同位温相对梯度的矢积。展现了线性热力学在大气系统的应用前景。 相似文献
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Hu Yinqiao 《大气科学进展》2002,19(3):448-458
从一般的热力学原理或其它自然原理对唯象关系所强加的限制，能够演绎出大气系统的一系列热力学性质。利用非平衡态线性热力学导出了湍流K闭合理论中湍流交换系数同唯象系数的关系，从理论上证明大气系统热量湍流输送同水泡之间存在交叉耦合，还导出了湍流强度同速度和位温梯度的关系，从而证明速度和位温空间分布的非均匀性是湍流之源。并证明湍流强度定理，不可压缩气体和各向同性湍流大气中，湍流强度正比于速度与位温梯度的标积。进而证明大气涡旋定理，位温的切变将导致涡旋运动或各种环流运动，速度涡度等于速度同位温相对梯度的矢积。展现了线性热力学在大气系统的应用前景。 相似文献
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通过线性分层旋转流体的实验室试验,分析了翻越山脉的大气大尺度运动的模拟问题。分析表明,在f-平面模型条件下其相似标准须包括匹配Rossby数、Burger数和Ekman数以及用流体深度标准化了的山地高度函数。流体深度与地形宽度之比不具有零阶重要性,这使实验室的模型能够使用夸大了的垂直尺度对于水平尺度之比。模型在大气参数变化范围内,让f-平面西凤气流翻越落矶山。对不同深度的平面流型和不同的系统参数值作了定量分析。实验对于山地上空的脊、山地东部的下游槽以及脊和槽的一般走向,都给出了相当合理的结果。试验还指出,当流体以平均风速相对于一个观测者移动时,在山地中部的东南方可以找到一个闭合的气旋性涡旋。当Rossby数增大时,该气旋扰动将越来越移向东北。此外,在山地中心的正北方,沿着山脊有一个静止的反气旋涡旋。该反气旋的位置随着Rossby数的变化并不十分敏感。还展示了落矶山模型南部、中部和北部垂直剖面上流体的运动状况。这些运动呈现尾流流型的特征,尤其垂直运动场是如此。最后,试验给出了一个位于模型中部上空,具有切断低压的槽向东平流的情况。在山脉上游切断低压略微移向东北,而在穿过山峰时明显折向南方;切断低压的中心在翻越山脉时加速,然后在山脉的背风坡减速。实验室中的这些结果定性地类似于大气中切断低压翻越落矶山脉时的观测结果。 相似文献
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引发川东暴雨的西南低涡演变特征个例分析 总被引：7，自引：1，他引：6
利用NCEP格点再分析资料、观测资料和MM5模式的高分辨率输出资料,对2004年9月4～6日发生在四川盆地东部地区的大暴雨过程进行了诊断分析和数值模拟,重点分析引发这次大暴雨的西南低涡的结构和演变特征及其在暴雨发生发展过程中的作用。对低层850 hPa、700 hPa 候平均水汽通量和各时刻整层水汽通量的分析表明,此次西南低涡暴雨的水汽主要来自于南海,水汽沿西太平洋副热带高压的西南侧经青藏高原东部流入四川盆地。在西南低涡的发展过程中,“桑达”台风向西北移动, 阻断了西太平洋副热带高压的东退并切断副高,被切断的高压部分滞留在西南低涡东侧,导致低涡不能顺利东移。数值模拟研究发现,在西南低涡的发展过程中,中层400～500 hPa 附近一直伴有涡旋的存在,且此涡旋的发展演变过程与低层涡旋明显不同;中层涡旋的发展不像低层涡旋那样呈现单边持续地增长或衰减的特征,而是呈现明显的增长－衰减－再增长的演变特征,其最大值增长时段和低层涡旋也并不一致。 分析表明这个中层涡旋实际上是中层大气里一个中尺度闭合低压造成的,这个闭合低压是由高空槽加深发展而来的。数值模拟输出结果还显示,发生在西南低涡东侧切变线里的对流垂直运动是由高空槽里的闭合低压激发出来的。 相似文献
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斜压大气中涡旋运动方程及其在天气预报中的应用 总被引：1，自引：2，他引：1
本文根据流体力学的基本理论,得出了斜压大气中的涡旋运动方程。并讨论了决定涡旋运动的六个基本因子。对日常应用的高空引导观念给予比较明确的物理解释并加以修正。文中对这方程在预报台风移动的应用作了初步说明,也附带简单地谈到了中纬度系统的移动。在附录中还指出了关于系统内力作用的误解,并简单地讨论了台风运动的摆动周期和振幅。 相似文献
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一、引言本文根据大气的可预报性对天气预报及其局限性作了探讨.为了说明造成这种局限性的原因,将大气预报与潮汐预报作了比较,并用一个数值试验的例子说明在简单的非线性系统中误差的增长情况.从而研究不同的时间尺度中误差的增长和大气的可预报性.二、非线性系统的可预报性从一个初始状态出发,根据支配流体运动的物理定律,就可以预报流体随时间的演变.但是由于流体的性质不同,流体中发生的现象不同,在可预报性上就会产生很大的差别.这里以海洋潮汐为例.海洋潮汐的可预报性很好.事实上,甚至无需知道当时的状态能作出很准确的潮汐预报.然而,大气在可预报性上却有明显的局限性.大气系统与潮汐现象的这种差 相似文献
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南极地区的大气环流流体物理实验 总被引：2，自引：1，他引：2
通过流体物理实验，研究南极地形及冷源对大气环流的影响。正压流体实验表明，由于地形动力强迫，在南极大陆沿岸及以北地区生成气旋性涡旋带，有３个低压中心。在地形上空生成巨大的反气旋。斜压流体实验表明，东移“行星波”的波数及波形有准周期低频振荡，其振荡周期相当于地球大气系统中的２１ｄ。东移的槽在１１０°Ｅ以东逐渐发展，在１６０°Ｗ的罗斯海附近发展得最深，再往东则逐渐减弱 相似文献
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本文是纬圈平均大气运动特征的振动文的推广,以同样的观点和方法,用简单的两层模式处理大气的斜压性,并考虑了简单的辐射过程,得出了500毫巴面纬圈平均温度和一些纬圈平均运动特征、以及纬圈平均经圈环流的中期振动。 本文的主要科学目的除了探寻以线性理论处理极端复杂和高度非线性的大气中期运动过程的可能性和限度外,还希望探寻用准涡旋运动等近似观点讨论某些大气环流基本问题的可能性。 相似文献