再论地转流的正压不稳定

本文研究了考虑地转约束的情况下,正压不稳定的必要条件,并基于能量学和位涡动力学理论,对正压不稳定的必要条件的物理含义进行了诠释。对于满足地转平衡的基本流,瑞利—郭晓岚定理[(Rayleigh,1880)、Kuo(1949,1973)]修正为:若地转流可能出现不稳定,其位涡梯度需在某个纬度取极值。Fjortoft定理(Fjortoft,1950)相应地成为:若地转流可能出现不稳定,需满足Q_(y)(位涡的经向梯度)与U-U_(s)(地转流速度与Q_(y)为零处的地转流速度之差)同号。即由原结论中的绝对涡度修正为位涡,这是地转约束也是位涡约束的结果。研究指出满足能量关系是正压不稳定可能出现的能量学要求,瑞利—郭晓岚定理是正压不稳定可能出现的位涡动力学条件,而Fjortoft定理则是能量学与位涡动力学两种要求的协调,能量关系、瑞利—郭晓岚定理和Fjortoft定理三者均须满足,正压不稳定才有可能发生。