Tangential discontinuities and the optical analogy for stationary fields. v. formal integration of the force-free field equations     

E. N. Parker 《地球物理与天体物理流体动力学》2013,107(1-3):183-210

Abstract

This paper demonstrates the appearance of tangential discontinuities in deformed force-free fields by direct integration of the field equation ? x B = αB. To keep the mathematics tractable the initial field is chosen to be a layer of linear force-free field B_x = + B ₀cosqz, B_y = — B ₀sinqz, B_z = 0, anchored at the distant cylindrical surface ? = (x ² + y ²)^1/2 = R and deformed by application of a local pressure maximum of scale l centered on the origin x = y = 0. In the limit of large R/l the deformed field remains linear, with α = q[1 + O(l ²/R ²)]. The field equations can be integrated over ? = R showing a discontinuity extending along the lines of force crossing the pessure maximum. On the other hand, examination of the continuous solutions to the field equations shows that specification of the normal component on the enclosing boundary ? = R completely determines the connectivity throughout the region, in a form unlike the straight across connections of the initial field. The field can escape this restriction only by developing internal discontinuities.

Casting the field equation in a form that the connectivity can be specified explicitly, reduces the field equation to the eikonal equation, describing the optical analogy, treated in papers II and III of this series. This demonstrates the ubiquitous nature of the tangential discontinuity in a force-free field subject to any local deformation.  相似文献   

强沙尘暴天气形成机制个例分析   总被引：5，自引：0，他引：5  

张海霞  尤凤春  周伟灿  王连喜 《气象科技》2007,35(1):101-106

从气候背景、天气形势、地形作用、沙尘形成热力和动力学机制等方面,分别对2005年4月19、20日两天发生在冀南地区的扬沙、沙尘暴天气进行分析。结果表明:对流层低层横切变线和华北地形槽的存在使冀南地区沙尘天气加剧;沙尘发生前冀南弱辐合上升运动和上冷下暖的不稳定垂直结构可以迫使当地沙尘向空中扬起,上游地区较强的上升运动将当地的沙尘垂直输送到空中,在高空强西北气流的引导下将沙尘水平输送到下游地区;沙尘天气发生在上游地区对流层螺旋度最大正值区的下游,对流层螺旋度大小对沙尘暴预报有一定的指示意义。  相似文献   

Nonlinear diffusive instabilities in differentially rotating stars     

E. Knobloch 《地球物理与天体物理流体动力学》2013,107(1-2):133-158

Abstract

Angular momentum driven instabilities in a stratified differentially rotating star are investigated. In the strong buoyancy limit axisymmetric instabilities of the Goldreich-Schubert type are the most important. A detailed discussion of the linear and small amplitude theories at an arbitrary latitude is given. The bifurcation to finite amplitude steady modes is typically transcritical, and occurs whenever the angular momentum or its gradient is neither parallel not perpendicular to local gravity. Such misalignments enhance the time scale for transport of angular momentum by the Goldreich-Schubert instability. Depending on the turbulent viscosity produced by secondary shear instabilities time scales as short as the Kelvin-Helmholtz time scale are possible.  相似文献   

典型槽型转脊型黑风天气过程成因分析   总被引：2，自引：0，他引：2  

李岩瑛  许东蓓  陈英 《中国沙漠》2013,33(1):187-194

2010年4月24-27日甘肃省河西走廓、西北东部及华北出现了大风沙尘暴天气过程,河西走廓出现黑风天气,损失十分严重。针对这次罕见的槽型转脊型黑风天气过程,应用2002-2011年3-5月逐日08时和20时高空流场资料、高空图资料和地面每隔3 h天气图资料,对其天气形势演变、高空垂直风场及水平相对螺旋度场进行了深入对比分析。结果表明:4月24日20时700～500 hPa有较强冷空气入侵,700 hPa大气层结存在剧烈的高低空不稳定,≤-1 000 m2·s-2强螺旋度负值中心是黑风爆发的动力因素,25-27日08时700 hPa≥15 m·s-1低空急流区的存在是这次大风天气得以持久维持的关键原因。  相似文献   

河北两次大（暴）雪过程对比分析   总被引：3，自引：0，他引：3  

赵斌  赵萃萍  闫巨盛  马小山  冯天卿 《气象科技》2010,38(3):281-288

选取河北省2003年和2004年两次较大的降雪过程,利用常规气象资料和NCEP再分析资料,对它们的环流形势和物理量场作了对比分析。结果表明,500 hPa南北两支槽在110°E附近同位相叠加、地面气压场"北高南低"并在河套地区有倒槽生成是河北出现大(暴)雪的有利形势。低层暖温舌和暖平流的存在为大(暴)雪的形成提供了较好的热力条件。槽前西南气流、低层偏东气流和低空急流都能为产生大(暴)雪带来充足的水汽。高层辐散、低层辐合的水平散度结构和整层为垂直上升气流的分布,加强了上空的抽吸作用,有利较大降雪的发生。而整层是正涡度(正垂直螺旋度)对垂直上升运动最有利。925 hPa和850 hPa温度同时降至0℃以下,且地面气温小于等于1℃是适合降雪的温度条件。  相似文献   

2007年7月12-15日河南省大暴雨天气诊断分析   总被引：4，自引：2，他引：2  

晋建设  王超  王淑娟  颜飞  王红振  王艳玲  林丽  彭记永 《气象与环境科学》2010,33(4):64-70

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2007年7月12-15日河南省黄淮之间的大暴雨过程进行了诊断分析,结果发现:这次暴雨是一次较为典型的西南低涡东北移影响河南省所造成的暴雨,500 hPa西风槽东移过程中,槽前携带的冷空气不断自西北方向侵入西南低涡中心,导致西南涡东移发展,移经河南省,在其移向的右前方和中心区产生了强降水;垂直上升运动区及流线辐合区与暴雨落区有较好的对应关系;这次暴雨水汽输送源地有两个,分别是孟加拉湾和东海海面;水汽辐合区与暴雨落区相对应;垂直螺旋度的演变对本次西南涡暴雨有较好预报指示意义。  相似文献   

基于Ｔ／２分数间隔的ＳＥＩ双模式盲均衡算法   总被引：3，自引：0，他引：3  

郭业才  杨超 《南京气象学院学报》2009,32(1):45-49

采用NCEP/NCAR 1°×1°最后分析资料（final analysis,FNL）计算“圣帕”台风螺旋度,探讨各垂直层上水平螺旋度与强降水时间演变的关系、水平螺旋度与强降水落区的关系以及垂直螺旋度时间演变与强降水发生、发展的关系。结果表明,700 hPa螺旋度最能反映强降水时间演变,正螺旋度大值中心附近与暴雨落区一致,同区域内螺旋度中心值的强弱与该区域内降水的强弱关系密切;若垂直方向上高低层的螺旋度同时由负值转为正值,则强降水发生,反之降水减弱、停止;对于预报台风强降水时效,水平螺旋度远比垂直螺旋度、散度、垂直速度具有更多有效预报时间;对于预报台风强降水落区,垂直螺旋度比水平螺旋度更具有优势,若能利用垂直螺旋度对水平螺旋度预报强降水作出订正可能将有助于提高台风强降水预报准确率。  相似文献   

“2002.3”华北地区强沙尘暴天气的螺旋度分析   总被引：1，自引：1，他引：0  

王益柏  费建芳  黄小刚  钟奕飞 《气象科学》2009,29(3):368-374

利用MM5非静力中尺度模式和螺旋度计算结果,对2002年3月18-22日华北地区发生的一次强沙尘暴过程进行了分析研究,重点分析了北京及周边地区水平与垂直方向螺旋度和完全螺旋度的结构变化及演变特征,结果表明：螺旋度的演变与强沙尘暴天气的发生、发展有较好的对应关系,将中尺度模式和螺旋度计算结合起来可以有效提高沙尘暴天气的预报准确度。  相似文献   

麦莎台风造成冀东大暴雨的数值模拟和诊断分析   总被引：2，自引：0，他引：2       下载免费PDF全文

陈艳  宿海良  寿绍文  贾子冰  王莉萍 《应用气象学报》2008,19(2):209-218

2005年第9号台风麦莎登陆后减弱为热带风暴, 受其影响, 8月8—10日河北东部地区出现大暴雨天气过程。采用中尺度数值模式MM5对这次过程进行了模拟, 对模拟结果进行了综合分析。结果表明:暴雨区上空有准饱和且深厚稳定的湿层, 低层强烈辐合与高层辐散互相配合, 强降水区与散度和垂直上升中心有很好的对应关系; 台风东部暖、西部冷, 中低层偏东风急流将海洋上的高能量暖湿空气向暴雨区输送; 局地螺旋度的极大值中心对未来强降水区有一定的指示作用, 强降水区发生在风暴相对螺旋度的大值中心或其东南部的等值线密集区域。  相似文献   

民勤“2010.4.24”黑风天气过程的稳定度分析   总被引：1，自引：0，他引：1       下载免费PDF全文

钱莉  薛生梁  杨永龙  郭小芹 《干旱区地理》2012,35(3):408-414

 2010年4月24日民勤出现黑风天气,给当地经济和社会造成严重影响。利用民勤黑风发生前后2010年4月24日08时~25日08时的探空观测资料,对大气不稳定能量、热力参数“V—3θ”和动力参数“相对风暴水平螺旋度”进行了计算分析。结果表明：黑风发生时,民勤近地面存在正不稳定能量,促使黑风在近地面层爆发性发展,使沙尘粒子在正不稳定能量区聚积,形成黑风墙。民勤黑风爆发前和爆发时大气温湿结构呈现出上湿下干的分布特征,低层湿度较小不利于降水产生,为沙尘扬起提供了较好的垂直方向的环境场条件;黑风爆发前大气层结500 hPa以下风场的垂直分布形成顺时针滚流,为对流性不稳定层结,气层有利于黑风生成和发展;黑风过境后,风场的垂直分布顺时针滚流下降至700 hPa以下,说明大气层结的对流不稳定层结变薄、减弱,700～500 hPa存在逆时针滚流,抑制上升运动,预示黑风将减弱。黑风爆发期间在河西走廊中部存在一个相对风暴水平螺旋度负值中心,中心值达到-870 m2 /s2,远小于强沙尘暴发生的临界值-600 m2 /s2,沙尘暴的强度与相对风暴水平螺旋度负值中心存在很好的对应关系。当民勤测站的相对风暴水平螺旋度＜0,其上游存在≤-600 m2 /s2的最小中心时,民勤测站将出现强沙尘暴;当民勤测站的螺旋度＜0,其上游存在正值中心时,下游存在负值中心时,民勤测站的沙尘暴结束,能见度好转。  相似文献