β中尺度扰动的不稳定增长率分布

本文采用线性化、无粘、绝热的 Boussinesq方程组 ,研究了 β中尺度波段的不稳定问题 ,讨论在不同理逊数下扰动的稳定性增长率分布。在不同的 Ri下 ,不稳定的出现对波长有选择性 ,在小 Ri 时 ,即 Ri<0 .95 ,β中尺度波段存在对称不稳定 ,Ri 数越小 ,对称不稳定的增长率越大 ,此外还存在横波型扰动的不稳定和斜交型扰动的不稳定。当 Ri 数增大时 ,Ri>1时对称不稳定已不存在 ,但其余两类不稳定仍存在 ,且在 β中尺度波段中较大尺度的扰动以横波型扰动的不稳定占优 ,而较小尺度的扰动以斜交型扰动的不稳定占优。

β中尺度扰动的不稳定结构

计算分析了不同的环境场下 ,三种类型 β中尺度扰动的不稳定结构 ,结果表明β中尺度对称不稳定的结构与α中尺度扰动不同 ,随水平尺度的减小 ,不稳定重力惯性波的垂直波数增大 ;斜交型扰动与横波型扰动不稳定的结构相似的 ,在Ri较小时 ,其流函数的垂直结构表现为“猫眼”流型 ,在Ri较大时 ,其流函数的垂直结构表现为不规则的波动流型 ,这说明在 β中尺度范围内 ,这两种不稳定也是同源的。

切变基流中β中尺度扰动的特征波动

利用Bussinesq方程 ,通过数值计算的方法 ,讨论了中尺度扰动的特征波动 ,发现 β中尺度波动 (一对重力惯性波和一支涡旋波 )的波谱特征与背景场有关 ,在基流存在垂直切变的情况下 ,三支波动都存在连续谱。随着风切变的增大 ,连续谱发生重叠。在连续谱的重叠谱区 ,谱函数也发生了变化 ,即扰动结构发生了变化 ,这一点与α中尺度扰动的特征波动不同。