二维双层准地转方程的高阶衰减估计

考虑带有耗散项和摩擦项的双层准地转模型,主要研究解的高阶导数的长时间行为:利用Fourier分裂法及低阶导数的衰减估计,通过改进已有的上界估计,进而得到高阶导数的衰减估计,所得结论进一步改进了已有文献中的衰减估计.

黑龙江5次大(暴)雪过程的准地转Q矢量诊断分析比较

利用NCEP再分析资料,对黑龙江省2007年1～3月份的5次大(暴)雪过程,进行准地转Q矢量诊断分析。结果表明,准地转Q矢量湿锋生函数、准地转Q矢量散度场辐合中心与大(暴)雪落区有较好的对应关系,对黑龙江省的大(暴)雪预报有指示作用。

二维耗散准地转方程在Lorentz空间的正则性准则

考虑二维耗散准地转方程解的正则性.通过在Lorentz空间上推广一个改进的Gronwall型引理,同时借助于Lorentz空间的插值,并结合二维耗散准地转方程解的能量估计,得到了其在时空型Lorentz空间的新爆破准则,精炼了之前的相关结果.

昆明准静止锋的准地转Q矢量分析

应用Ｑ矢量理论，对１９９５年２月一次与云南寒潮天气过程有关的昆明准静止锋进行了诊断分析。结果表明：在８５０ｈＰａ上，云南东部地区存在明显的非地转风辐合场，从而引起昆明准静止锋锋生；当７００ｈＰａ上Ｑ矢量锋生函数值增大，说明锋后冷空气加强，昆明准静止锋容易南下；

准地转理论基本问题回顾与讨论

准地转理论是大气动力学的中心问题之一,它提供了从大气动力学基本原理入手分析大尺度天气系统演变的方法。准地转理论有助于预报员理解中高纬度大尺度天气系统的三维结构,分析、预报天气系统的发展和移动,因此被称为短期天气预报的理论基础。准地转理论具有完整的理论体系,它包含了较多的基本假定,故容易导致对其中的一些基本问题的理解有混淆。本文从基础的动力学知识出发,对准地转理论的基本概念、基本近似、核心理论及其在实际天气预报过程中的应用作了回顾和讨论。内容包括:准地转运动与准地转近似定义、准地转运动理论的范畴、天气图上的大尺度运动、准地转运动理论与短期天气预报的关系、由斜压二层模式下的准地转理论对高空槽脊和地面气旋发展与移动的判断等。

线性准地转模型中副热带环流对潜热加热的定常响应 Ⅰ.基本性质及特征分析

利用线性理论模型进行解析和模拟是大气科学的重要基础研究方法之一,其简单明了,解释了如Rossby波形成等重要的环流现象。近年,有研究(Chenetal.,2001)运用定常线性准地转模型研究副热带高压的形成,在相似加热强迫下,其结果与理论研究和GCM的研究不同。本文运用该模型系统研究了由季风降水产生的潜热加热所激发的副热带定常波的结构特征,以理解其结果与GCM不一致的原因。研究表明基本流对热强迫的定常波的结构有重要的影响:(1)当基本流为东风或为零时,定常波在垂直方向上表现为第一斜压结构,波动振幅随东风的增大而减小;(2)当基本流为西风时,呈现向上的传播特征,振幅随高度的升高而增大。而且存在一个临界风速Uc(约3m/s),此时,波动振幅最强;基本流的平流作用具有非对称性,西风时平流作用远远强于东风。由此揭示了该线性模型解的本质:加热在热源区所激发的经向地转涡度输送必须能够平衡加热的位涡制造和纬向位涡平流;基本流的经向和垂直方向的变化使得气旋和反气旋中心偏向热源中心北侧,并进一步发现当基本流为夏季亚洲季风区纬向平均的纬向风场时,线性模型的解中位于中低层的反气旋中心显著抬升,而不出现在地面上,与完整的大气环流模式的结果接近。说明即使在线性模式中,洋面副高的形成也不能完全用季风潜热加热来解释;另外,静力稳定度对热强迫的副热带环流的影响也很重要,使热源的强迫作用放大。

准地转动量近似下风速切变线上的波动

利用准地转动量近似下的斜压两层大气的非线性方程组及非线性边界条件，研究了切变线上波动的稳定性，导出了切变线上孤立波解。较好地解释了切变线上易产生低涡等天气系统现象。

基于准地转垂直运动方程对Q矢量的进一步探讨

Q矢量是诊断大气大尺度垂直运动的重要物理量.在f平面近似下,从原始运动方程组出发可以推导出Q矢量以及相关的半地转Q矢量、非地转Q矢量和湿Q矢量等表达式,但这种传统的推导方法没有考虑大气准地转运动的属性.本文利用数学物理变换,直接从准地转"方程出发推导出Q矢量及其相关表达式,从而克服了传统方法在大气准地转运动属性表达方面的缺陷,并进一步讨论了传统方法在Q矢量相关表达式推导和物理意义表达方面的不足.

天气预报的理论基础——准地转理论概要及其业务应用

准地转理论(quasi-geostrophic theory),是预报员建立清晰的预报思路所必须掌握的动力学基础。从垂直运动和天气系统发展的诊断这两个天气预报的根本问题出发,介绍了准地转理论的来源,指出它是近代大气动力学的正压大气长波理论向现代大气动力学的多层斜压大气数值模式发展的历史必然。准地转方程组的推演过程说明,准地转理论是基于严密数学推导和物理洞察力的、建立在物理学三大定律(动量、能量、质量守恒)之上的完整的大气动力学理论体系,因此是大气动力学的核心。ω方程和位势倾向方程的强迫项表明,温度平流和涡度平流是最基本的预报因子,它们导致地转平衡的破坏,同时又通过所伴随的次级环流使地转平衡得到不断地恢复(即地转适应过程),从而使大尺度环流在缓慢的变化中始终保持准水平和准地转平衡状态。准地转理论还揭示了温度平流是使后倾斜压扰动发展的根本原因,而涡度平流所伴随的垂直环流则导致了大尺度环流系统热力结构的变化。最后给出了一些在常规天气图上可以直接使用的定性规则作为准地转理论在实际预报中应用的参考。

准地转Q矢量诊断场与暴雨关系的分析

应用准地转Ｑ矢量理论，分析了一次连续暴雨过程，共计算了１３个时次的Ｑ矢量及其散度、涡度、地转锋生函数等诊断场，得出了一些有益的结果，发现造成秋末冬初连阴雨中暴雨的内在机制，是冷暖空气相向运动，作顺时针旋转，螺旋式抬升的结果。提出了在实际预报业务中，应用Ｑ矢量场作暴雨落区预报的着眼点。

线性准地转模型中副热带感热加热强迫的定常波

通过求取定常线性准地转位涡模式的解析解,研究了感热加热强迫所激发的副热带定常波的结构特征,讨论了基本流、牛顿冷却及地面摩擦等对定常波振幅和位相的影响。结果表明,东风时定常波在垂直方向上表现为上、下层反位相的第一斜压结构,且地面系统远强于中高层;西风时定常波呈现出向上的传播特征,在高层,随着风速增大振幅随高度的升高有增大趋势。在近地层,东风时气旋(反气旋)主体位于加热西(东)侧;西风时气旋(反气旋)主体位于加热东(西)侧,近地层以上相反。此外,发现东、西风基本流的作用具有对称特征,这与潜热加热显著不同。研究结果还表明,牛顿冷却对定常波有重要影响,基本流越弱影响越显著。在静止大气中,感热加热强迫下无斯韦尔德鲁普(Sverdrup)解,考虑牛顿冷却时,感热强迫在热源范围内的近地层和中高层分别激发出气旋式和反气旋式环流,气旋中心位于加热中心略偏西的位置。在非静止大气中,牛顿冷却项使地面系统中心向上风方向移动,东风时向东移。牛顿冷却对高、低层系统均有削弱作用。地面摩擦则明显不同,它总会使低层系统减弱,高层系统增强。

正压准地转模式中大地形作用下的低频波

利用包含大地形和常速纬向基本气流的正压准地转位涡度方程，研究了大地形对低频波激发的作用，结果表明，起作用的地形因子主要是地形的最大高度和地形坡度．地形最大高度的作用主要是使Ｒｏｓｓｂｙ波趋向低频，而地形坡度的作用主要是对Ｒｏｓｓｂｙ波的稳定性起决定作用，同时适当的地形坡度也可导致低频波的形成．而常速纬向基流在总体上的作用是使波动变得趋向低频，且西风基流更有利于低频（３０～６０天）波的形成．从纬向波数上看，纬向３波以上的波动更容易出现低频（３０～６０天）．

2维耗散准地转方程在齐次Morrey型Besov空间的适定性(英文)

本文讨论2维耗散准地转方程在齐次Morrey型Besov空间的初值问题.首先建立齐次Morrey型Besov空间的一个新特征,然后利用此特征和Kato方法,证明当初始值以齐次Morrey型Besov空间内的范数很小时,2维耗散准地转方程对时间的全局解的存在性和唯一性.

准地转运动稳定性的数学方法

在准地转运动的非线性稳定性的研究中,先验不等式起着至关重要的作用.所得到的不等式越精细,得到的非线性稳定性的结论就越好.本文主要分两个部分,第一部分综合性地介绍了变分原理以及利用变分原理及分析的技巧得到一系列重要的最佳不等式的方法.这些不等式中有些是已有的结果,只是用更直接的方法重新得到,还有一些小等式是首次发现的.第二部分以准地转运动的非线性稳定性的研究为主线,介绍了有关的理论;利用第一部分的数学基础理论对已有的准地转运动的非线性稳定性定理作了统一的处理,使得在论证思路上更为清晰,在证明方法上更为简洁.

潜热在准地转ω—方程中的作用

本文讨论准地转ω—方程在中低纬地区的应用问题,认为考虑了潜热加热的湿ω—方程可以比干ω—方程更好地反映大尺度垂直运动的概况。在湿ω—方程中,同时考虑三维平流的加热作用比只考虑垂直平流的加热作用效果好,尤其能较好地确定出与降水有关联的较强的上升和下沉运动的区域和量值。

一般多层准地转基本流的扰动发展与非线性稳定性

考察了一般多层准地转模式中初值与参数共同扰动的情形。在初始扰动场仅依赖于初始扰动位势涡度、初始扰动边界速度环量与扰动参数的条件下 ,给出了扰动能量、扰动位涡拟能发展上 (下 )界精细的显式估计。进而在Lyapunov意义下广义非线性稳定性概念的基础上 ,得到了对应于Arnold第二定理的非线性稳定性判据。本文工作推广了仅考虑模式中初值扰动情形所得到的相应结果。

台风移动准地转正压模式计算方案精度检验的一种方法

本文根据台风能量频散生成系统的对称性质，提出了一种台风移动数值模式计算方案精度检验的方法，并给出了计算的实例。

风驱动下f-平面准地转三维海洋环流的形成及总质量守恒的应用

将理想化的南中国海海盆在垂直方向上划分为Ekman层、惯性层和摩擦层.Ekman层中的运动由大气风应力驱动,其底部的扰动压力将作为其下惯性层中运动的上边界条件.惯性层中的运动是由f-平面三维非线性方程在准地转近似下位势涡度守恒控制,由此得到控制惯性层中运动关于扰动压力的三维椭圆型方程.在惯性层以下考虑到深层的海盆水平尺度很小,由此引进带有底部摩擦的线性控制方程,方程的边界条件为惯性层和摩擦层交界面上的扰动压力连续,沿海盆边界假定海水与相邻的固壁间无热量交换,由此设在海盆边界上扰动温度为零.在此基础上分别利用惯性层和摩擦层中的椭圆型控制方程计算了相应层次上冬、夏季的扰动压力和准地转流.结果表明冬季各层上以气旋式环流为主,且随深度的增加流速减小;夏季各层上以反气旋式环流为主,流速也随深度增加而减小.这在一定程度上和观测事实相符.

两维准地转运动的非线性稳定性判据

一、引言本文研究大气与海洋中由两维涡度方程描述的准地转运动的非线性稳定性问题.与已有文献中有关结果相比较,本文得到的非线性稳定性判据具下述特点:1.Zeng 系统地研究了大气中各类运动的非线性稳定性问题.在文献[7]中,作者们得到了适用于初值与模式中参数扰动的稳定性判据(迄今国外有关结果仅考虑了初值的扰动).本文在文献[6,7]的基础上,得到了适用于初值与参数扰动的稳定性判据;2.McIntyre 等在仅考虑初值扰动的条件下,研究了二阶变分不定号时流体的稳定性.

再论球面上正压准地转运动的半圆定理

进一步研究了球面上正压准地转运动中不稳定波的Ｈｏｗａｒｄ半圆定理，发现在某些特定的基本流分布下，该定理可以发展成圆弧定理，由此得到不稳定扰动增长率的更为精确的估计式。