基于波作用方程的南疆西部干旱区暴雨的组织化机理研究

本文采用位涡波作用密度和波作用方程,对一次南疆西部干旱区暴雨的组织化过程和机制进行了诊断研究,对影响暴雨对流系统组织化的关键物理过程进行了分析和讨论。位涡波作用密度耦合了多种影响对流云体演变的大气动热力扰动,能够良好描述对流系统的组织化过程。以此为基础,描述位涡波作用密度变化的波作用方程能够用来研究驱动对流系统组织化发展的物理因素。研究发现,波作用方程诊断得到的多个物理过程与扰动斜压性、扰动风切变和扰动涡度的发展演变有关,表明它们对对流组织化有重要作用,多条东西向的对流线发展为东北—西南向的带状对流系统过程中,包含强对流的维持和南北尺度的增大。对流线在东北向弱对流的发展增强与基本态气流对强对流区的热力输送引起扰动斜压性增强有关。影响对流线中部强对流的维持和南北向发展的关键过程包括:上升、下沉气流引起的热力输送导致对流线内扰动斜压性增强,扰动西风与扰动东风形成气旋性环流引起经向切变环流增强,及扰动经向风将扰动纬向风切变向对流中心区输送引起纬向切变增强、垂直环流增强。该研究表明,对流系统的组织化是大气多种动热力扰动演变和配合的结果,通过波作用演变方程能够比较清晰体现其中的关键过程,且波作用方程为波作用密度倾向,未来可探讨其对对流系统组织化的预报意义。

波流相互作用与波动传播模态

波和流是大气中两种最基本的运动形式,两者之间的相互作用可以导致千变万化的天气现象。波流相互作用理论是大气动力学的基本理论之一,该理论的研究具有重要的理论价值和科学意义。波流相互作用的研究主要包括两方面:一方面是可以描述基本气流对波强迫作用的"波作用"(守恒)方程的研究,另一方面是可以描述波对基本气流反馈作用的E-P通量以及波形变、传播等理论的研究。波流相互作用的研究不仅在理论上已取得重要进展,例如,E-P通量的提出,剩余环流的引进,广义E-P通量的出现,三维E-P通量的建立,波作用守恒方程、波动突变、波流稳定性结构、波形变及其大圆路径、低频波遥相关等理论的发展,而且在实际应用上也取得丰硕成果,如科学地解释了赤道平流层东西风准两年振荡、极地平流层爆发性增温、瞬变波对阻高的维持和高空急流加速以及大气低频波遥相关等,特别是为预测行星波的传播,研究风暴轴和诊断分析实际大气中波能集中区和发散区提供了理论基础和科学方法。作者从小振幅和有限振幅扰动两方面回顾了国内外波流相互作用和低频波传播理论的研究进展,重点介绍了大尺度环流系统波流相互作用和波动传播模态的最新研究成果,提出了不同动力、热力背景下多尺度波流相互作用机理及其理论模型,建立了非线性大气动力学突变及其稳定性结构等理论。相对来说,热源强迫和地形强迫引起的波流相互作用中稳定性问题的研究一直比较薄弱,特别是关于大气水分循环过程和青藏高原等复杂大地形影响下不同尺度系统波流相互作用的研究,这也是未来波流相互作用研究的一个重要内容。

波流共存场中多向随机波浪传播变形数学模型

基于波作用量守恒方程建立了波流共存场中多向随机波浪传播变形数学模型,模型中考虑了波浪绕射的影响和水流引起的波浪弥散多普勒效应,应用包含水流和地形影响的激破波模式计算波浪破碎的能量耗散,采用一阶上迎风有限差分格式离散控制方程。分别计算了有无近岸流情况下单向和多向随机波浪的波高分布,考虑水流影响的数值计算结果与物理模型实验数据吻合良好,比较分析表明,所建立的数学模型能够复演由于离岸流引起的波高增大,可用于波流共存场多向随机波浪传播变形的模拟和预报。

防波堤平面布置对建设用海区波浪场影响的数值模拟

为研究燕窝山工程海域在不同的防波堤平面布置下的波浪场分布特征,应用波作用守恒方程和Boussinesq方程建立了大、小范围的波浪数学模型对工程区附近海域的波浪场进行数值模拟,统计并分析工程前后防波堤附近波浪特征站位的波要素。基于防波堤基本布置方案1,改变防波堤的长度和轴线角度,根据不同平面布置下的防波堤对波浪的掩护效果进行比较分析。结果表明,综合考虑防波堤附近波浪场的变化特征、防波堤特征站位波要素的变化及防波堤的有效掩护面积3个方面,将防波堤轴线以两段堤相交处为圆心逆时针旋转8°,并将直堤向东侧延长100m,即方案2为优选方案。

Ka波段螺旋波纹波导回旋行波管线性理论研究

螺旋波纹波导的特殊结构使TE11和TE21相互耦合,其色散特性相对于圆波导发生了极大地改变,使电磁波能够在宽频带内与电子注耦合,因此需要对其色散特性进行研究。通过研究Ka波段螺旋波纹波导回旋行波管的冷腔色散特性,可知螺旋波纹波导非常适用于回旋行波管的高频结构。由电子运动方程出发,推导出了简化的螺旋波纹波导回旋行波管的注波互作用方程。

扩展的(2+1)维浅水波方程的尖峰孤子解及其相互作用

利用改进的Riccati方程映射法和变量分离法,得到了扩展的(2+1)维浅水波方程的变量分离解(包括孤波解,周期波解和有理函数解).根据得到的孤波解,构造出了方程的几种不同形状的尖峰孤子结构,研究了孤子的相互作用.

关于中尺度对称运动的稳定性及其演变

本文首先建立了中尺度对称运动的Hamihon函数,并用变分原理导出了对称运动稳定的充分条件,然后再用Lagrange变分导出了缓变介质中对称运动的波作用量方程,这种波作用量方程与用WKB方法所得到的结果是相同的。同时,本文进一步讨论了中尺度对称扰动渡包的演变规律,并获得了对称运动发展的判据。