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从适于研究深对流运动的柱坐标系非弹性近似（ａｎｅｌａｓｔｉｃａｐｐｔｏｘｉｍａｔｉｏｎ）方程组出发,利用ＷＫＢＪ方法导出了包含径向辐合辐散及垂直运动的、非梯度风平衡、非静力平衡、非轴对称三维非均匀时变涡旋基流上扰动的波作用量方程,并对中尺度扰动的发展作了定性讨论． 相似文献
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本文用小参数展开方法,探讨了热带大气中的特征运动及其基本属性.理论分析表明: 热带地区的超长波系统有中纬度长波的类似性质.其快过程是地转适应过程,有重力惯性波的活动;而慢过程在零级近似下是地转风,流场具有水平无辐散性质,在一级近似下是类似Rossby波的慢波,运动满足位涡度守恒的条件. 热带大气中的中间尺度运动,时间尺度远大于平流时间时为旋转风,是一种定常涡旋;时间尺度近于平流时间时,运动是水平无辐散的,且保持相对涡度守恒;若时间尺度远小于平流时间,则表现为重力波的活动. 热带大气中水平尺度近于10~6米 相似文献
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热带气旋螺旋云带动力不稳定的性质 总被引：5，自引：2，他引：3
热带气旋螺旋云带的不对称特征,在热带气旋的路径和强度变化中起着重要作用,对其动力性质的研究是整个热带气旋研究中的重要组成部分.文中分别对一个正压无辐散涡旋模型和正压原始方程涡旋模型进行线性化,采用标准模方法计算扰动的谱点和谱函数,研究扰动在基本流场中的不稳定问题,从而讨论了热带气旋中螺旋云带动力不稳定的性质.将一指定的基流廓线代入这两个模型,均会出现不稳定扰动.前者的流动为涡旋运动,仅在不稳定扰动的两个峰值之间可以看出螺旋状的结构特征,在距涡旋中心140 km的外围,不稳定扰动沿径向没有波动分布,没有螺旋云带状结构.此处相应于涡旋Rossby波的停滞半径(stagnation radius),在此半径之内出现的螺旋结构称为内螺旋云带,而在此半径之外出现的螺旋云带称为外螺旋云带.也就是说前者仅出现了眼壁(最大风速半径之内的最大扰动中心)、内螺旋云带,而后者则出现了眼壁、内螺旋云带和外螺旋云带.这说明滤去重力惯性波的正压无辐散涡旋模型(前者)只适合于解释热带气旋不稳定内螺旋云带的形成和结构,当综合考虑不稳定内、外螺旋云带的形成时,水平辐合、辐散的作用不能忽略,此时必须要用正压涡旋模型(后者).在该模型中因最不稳定扰动随涡旋半径的不同,其分别体现了涡旋Rossby波和重力惯性波的特点,故其是不稳定的涡旋Rossby-重力惯性混合波,其不稳定的性质是非平衡的.由此可知,要同时解释内、外螺旋云带的生成和结构,则非平衡的涡旋Rossby-重力惯性混合波不稳定理论应是更合适的选择. 相似文献
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利用斜压两层模式研究了赤道平面近似下的低纬热带大气适应过程。指出低纬斜压大气适应过程主要受重力惯性内波控制。通过重力惯性内波对初始非地转能量的频散,使纬向运动达到地转平衡,而经向维持非地转运动,正压模式下称为半地转平衡,斜压模式下称为半热成风平衡。通过对垂直运动方程的求解,可知,垂直运动只与重力惯性内波相联系,其产生与初始斜压位涡度无关,而只与初始时刻的垂直运动和垂直运动倾向有关,半地转适应使运动趋向水平运动。讨论了半热成风平衡的建立及其物理机制,指出由于重力惯性内波激发出垂直运动,与垂直运动相联系的水平辐合辐散调整流场和温度场之间的关系,使温压场最终达到半热成风平衡。通过对适应过程终态的分析,指出平均温度场和切变流场之间的适应方向决定于初始非半地转扰动的尺度与斜压Ｒｏｓｓｂｙ变形半径有关的特征尺度的比值,当比值大于１时,切变流场向平均温度场适应;当比值小于１时,平均温度场向切变流场适应 相似文献
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针对2021年6月15～17日发生在昆仑山脉北坡的南疆极端暴雨过程,本文综合考虑地形对暴雨发生、发展的作用后,利用地形追随坐标控制方程并采用Boussinesq近似推导建立了地形追随坐标的非静力平衡广义垂直运动方程。诊断结果表明,经向气压梯度力耦合经向散度项（项一）、垂直气压梯度力耦合纬向散度项（项二）和非绝热加热经向梯度项（项三）是激发暴雨垂直运动发展演变的三个主要强迫项。项一体现了偏北风逐渐增强,在昆仑山脉的阻挡下导致经向辐合增强,触发了垂直上升运动。经向气流辐合始终是对流活动最主要的强迫过程,其次为纬向气流辐合。在地形追随坐标形式下,经向和垂直气压梯度能够增强项一和项二。对流发展阶段,水汽辐合与非绝热加热过程增强了非绝热加热经向梯度,促进了垂直上升运动发展。在地形的影响下,对流层中高层西风过山气流波动特征明显。重力波活动导致的高层辐散进一步促进了山脉迎风坡对流活动。经向和纬向气流辐合、非绝热加热过程以及重力波活动等多个因素共同造成了此次南疆极端暴雨。 相似文献
6.
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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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
9.
次天气尺度系统中的非地转运动和广义平衡模式 总被引：1，自引：1，他引：1
研究了宏观准静力的次天气尺度系统中非地转运动的机理。较以往更具体地揭露了在全运动的时间尺度远大于惯性重力波的前提下，各类强迫因子与非地转运动的旋转分量及辐散分量的关系。并证明上述“慢变化”前提在各种常见情况甚至包括几类熟见的强系统情况下都能满足。除了众所周知，强的准二维系统可允许传统形式的Ｒｏｓｓｂｙ数Ｒ０≡Ｕｆ０Ｌ≈○（１）以外，这里还证明水平尺度小但铅直方向深厚，并包容着强对流云群团的系统恰恰能容忍特别强的非绝热而保持慢变化。相应地，其中辐散运动可以只比旋转运动小“半个量级”。突破了迄今各类过滤模式对辐散运动的过严限制。在能满足慢演变的条件下，非地转高频波振幅总可被自然、及时地控制在可忽略的水平上，这表明慢演变与准平衡的一致性。按照严谨的尺度分析，在上述讨论的过程中顺势导出一个“广义平衡模式”。方程中含有强迫场的一阶时间导数项。虽然容许强非绝热和放宽对辐散风的限制，却能以最大限度（这个限度是固有的）的精确性描述滤除高频波的慢演变。这个模式必须屏弃“主导气流”与“次级气流”的区分，包含了一个辐散风倾向的诊断方程。此模式可能特别有助于加深夏季副热带潮湿地区次天气尺度强降水系统的机理诊断 相似文献
10.
正压模式中的非线性波动 总被引：1，自引：0，他引：1
本文从非线性大气运动正压模式方程组出发,用我们所设计的将非线性项在平衡点附近作Taylor展开的方法,求得了非线性有限振幅的惯性-重力外波和有辐散的Rossby波,均满足著名的KdV方程,它的解为椭圆余弦波,它包含线性波动,在一定的条件下形成孤立波。对有限振幅的但有辐散的Rossby波,它包含线性的有辐散的Rossby波(即叶笃正波),而且建立了包含叶笃正公式在内的新的色散关系,它含有振幅因子。分析表明:对有限振幅的惯性-重力外波,振幅大、宽度大的波传播越快,但对有限振幅的有辐散的Rossby波,振幅大、宽度大的波传播越慢,阻塞、切断系统可能属于Rossby孤立波。 相似文献
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A three-dimensional transformed Eulerian-mean(3D TEM) equation under a non-hydrostatic and non-geostrophic assumption is deduced in this study. The vertical component of the 3D wave activity flux deduced here is the primary difference from previous studies, which is suitable to mesoscale systems. Using the 3D TEM equation, the energy propagation of the inertia–gravity waves and how the generation and dissipation of the inertia–gravity waves drive the mean flow can be examined. During the mature stage of a heavy precipitation event, the maximum of the Eliassen–Palm(EP) flux divergence is primarily concentrated at the height of 10–14 km, where the energy of the inertia–gravity waves propagates forward(eastward) and upward. Examining the contribution of each term of the 3D TEM equation shows that the EP flux divergence is the primary contributor to the mean flow tendency. The EP flux divergence decelerates the zonal wind above and below the high-level jet at the height of 10 km and 15 km, and accelerates the high-level jet at the height of 12–14 km. This structure enhances the vertical wind shear of the environment and promotes the development of the rainstorm. 相似文献
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Inertia-gravity waves play an increasingly important role in the middle atmosphere dynamics. As a result, more attention has been paid to the study of inertia-gravity waves, especially to the middle atmosphere gravity waves. This paper presents some aspects of inertia-gravity waves with emphasis on the propagation. Two methods are used here, namely, geometric optical method and physical optical method. We can see from the study that inertia-gravity waves are similar to planetary waves in some respects and they are different from planetary waves in others. 相似文献
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A numerical experiment was performed using the Weather Research and Forecasting(WRF) model to analyze the generation and propagation of inertia-gravity waves during an orographic rainstorm that occurred in the Sichuan area on 17 August 2014. To examine the spatial and temporal structures of the inertia-gravity waves and identify the wave types, three wavenumber-frequency spectral analysis methods(Fourier analysis, cross-spectral analysis, and wavelet cross-spectrum analysis)were applied. During the storm, inertia-gravity waves appeared at heights of 10–14 km, with periods of 80–100 min and wavelengths of 40–50 km. These waves were generated over a mountain and propagated eastward at an average speed of 15–20 m s~(-1). Meanwhile, comparison between the reconstructed inertia-gravity waves and accumulated precipitation showed there was a mutual promotion process between them. The Richardson number and Scorer parameter were used to demonstrate that the eastward-moving inertia-gravity waves were trapped in an effective atmospheric ducting zone with favorable reflector and critical level conditions, which were the primary causes of the long lives of the waves. Finally, numerical experiments to test the sensitivity to terrain and diabatic heating were conducted, and the results suggested a cooperative effect of terrain and diabatic heating contributed to the propagation and enhancement of the waves. 相似文献
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切变东风基流和非绝热加热对热带扰动的作用 总被引：1，自引：0，他引：1
文中用斜压模式讨论了东风水平切变基流和非绝热加热对热带扰动的影响,指出:基本气流的切变有使西传波动加速,东传波动减速的倾向;切变会造成赤道Rossby波的不稳定发展;加热激发的赤道强迫波可以是垂直传播波. 相似文献
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低空急流和非均匀层结条件下重力惯性波的传播与发展 总被引：1，自引：0，他引：1
本文从基流背景下线性化Boussinesq方程组出发,采用WKBJ方法,首先求得重力惯性波的广义波作用量变化方程及波参数随波包的变化方程,讨论了基流切变对重力惯性波传播和发展的影响;然后用Runge-Kutta方法讨论了不同层结(含降水影响)下重力惯性波的传播路径。得到了降水强度大、静力稳定度小的区域对重力惯性波有“吸引”作用,因而引起重力惯性波能量的集中,进而触发和强化对流天气的结论。 相似文献
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用线性模型讨论了对流和加热对重力惯性波的激发，分别讨论了初始垂直速度扰动和初始位温扰动及大气内部加热在静态层结大气中激发的重力惯性波，及重力惯性波过程引起的大气温压场的变化。得到的结果可以帮助理解中小尺度系统的发生发展，对流过程与环境大气的相互作用。 相似文献
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In this paper, the tropical air-sea interaction is discussed by using a simple air-sea coupled model, in which the inertia-gravity waves are filtered off and only the equatorial Rossby waves are reserved in both the atmosphere and the ocean. There exist two kinds of air-sea interaction waves in the coupled model, that is, the high-frequency fast waves and the low-frequency slow waves. The phase speed of the fast waves is westward and the frequencies are close to those of the equatorial Rossby waves in the atmosphere. The slow waves propagate westward in the part of short wavelengths and eastward in that of long wavelengths. There exist instabilities for both the westward and eastward propagating slow waves. If the fast waves are filtered off, there is little effect on the slow waves which have great in-fluence on the long range process in the tropical air-sea coupled system. According to the tropical air-sea interaction waves we obtain here, a possible explanation to the propagating process of ENSO events is given. 相似文献
19.
Scale analyses for long wave, zonal ultralong wave (with zonal scale of disturbance L1~104 km and meridional scale L2~103 km) and meridional ultralong wave (L1~103 km, L2~104 km) are carried out and a set of approximate equations suitable for the study of these waves in a dry tropical atmosphere is obtained. Under the condition of sheared basic current, frequency analyses for the equations are carried out. It is found that Rossby waves and gravity waves may be separated for n ≥ l where n is the meridional wave number, whereas for n = 0 and L1~1000 km, the mixed Rossby-gravity wave will appear. Hence it is confirmed that the above results of scale analyses are correct. The consistency be-tween frequency analysis and scale analysis is established.The effect of shear of basic current on the equatorial waves is to change their frequencies and phase velocities and hence their group velocities. It increases the velocity of westward travelling Rossby waves and inertia-gravity and mixed waves, but decelerates the eastward inertia-gravity waves and the Kelvin wave. The recently observed low-frequency equatorial ocean wave may be interpreted as an eastward Kelvin wave in a basic current with shear. 相似文献
20.
Laboratory experiments have been carried out for the flow along isobaths of simulated shelf-continental slope geometry. Cases of both homogeneous and linearly stratified fluids are considered and the background flows are sufficiently strong to have the flow near the bottom boundary range from transitional to fully turbulent. The background motions are impulsively started and flows with a coast on the right (spin-down) and on the left (spin-up) are considered. The homogeneous spin-down and spin-up processes are smooth in the sense that no vortical structures were found to be of the order of the slope width or larger. Flows reach equilibrium more quickly for spin-down cases, and this is attributed to secondary flows forced by the basin geometry. All of the stratified experiments exhibited large-scale instabilities as evidenced by the generation of slope and basin scale eddy structures and a much slower decay than their homogeneous counterparts. 相似文献