台风内中尺度混合波的动力学特征

用模拟台风的高分辨率模式输出资料反演的雷达回波和扰动物理量进行诊断,揭示了台风内中尺度螺旋雨带及嵌在其中的深对流带的结构和传播特征;根据台风不同区域物理量特征尺度的差异,分析了眼壁区低层的超梯度流非平衡现象;在此基础上,用柱坐标下中尺度斜压模型的波动频散关系证明扰动具有混合涡旋Rossby-重力惯性波的性质,并指出切向基流的涡度梯度是混和型扰动的发展因子.

切变基流对赤道大气波动稳定性的作用

在赤道β平面近似条件下,使用纬向切变基流下线性化Boussinesq方程组,分析了在纬向切变基流下几种赤道大气波动的稳定性特征。研究结果表明,基本气流的水平切变对赤道大气波动起到不稳定的作用,但是对赤道大气Kelvin波的频率、稳定性以及传播的相速度并不起作用。基本气流的水平切变使得相对于基本气流向东传播的重力惯性内波相速度减慢,而使得相对于基本气流向西传播的重力惯性内波的相速度加快,却造成相对于基本气流向西传播的Rossby波相速度减慢。基本气流的水平切变对于对赤道混合Rossby-重力惯性内波的影响主要取决于纬向波数k值的范围大小。当纬向波数k值较小时,基流的水平切变使得相对于基本气流向西传播的混合Rossby-重力惯性内波相速度加快;而当纬向波数k值较大时,则使得相对于基本气流向西传播的混合Rossby-重力惯性内波相速度减慢。在半地转近似下,风速水平切变的存在,会使得波长较大(纬向波数k→0)的赤道Rossby波相对于基本气流向西传播的相速度减慢;而风速垂直切变的存在,必然会引起这种波长较大(k→0)的Rossby波出现不稳定增长,同样也会造成赤道Rossby波相对于基本气流向西传播的相速度减慢。最后通过扰动发展能量方程,说明了基本气流的水平切变和垂直切变可以为扰动的发展提供能量来源。

热带气旋螺旋云带动力不稳定的性质

热带气旋螺旋云带的不对称特征,在热带气旋的路径和强度变化中起着重要作用,对其动力性质的研究是整个热带气旋研究中的重要组成部分。文中分别对一个正压无辐散涡旋模型和正压原始方程涡旋模型进行线性化,采用标准模方法计算扰动的谱点和谱函数,研究扰动在基本流场中的不稳定问题,从而讨论了热带气旋中螺旋云带动力不稳定的性质。将一指定的基流廓线代入这两个模型,均会出现不稳定扰动。前者的流动为涡旋运动,仅在不稳定扰动的两个峰值之间可以看出螺旋状的结构特征,在距涡旋中心140km的外围,不稳定扰动沿径向没有波动分布,没有螺旋云带状结构。此处相应于涡旋Rossby波的停滞半径(stagnation radius),在此半径之内出现的螺旋结构称为内螺旋云带,而在此半径之外出现的螺旋云带称为外螺旋云带。也就是说前者仅出现了眼壁(最大风速半径之内的最大扰动中心)、内螺旋云带,而后者则出现了眼壁、内螺旋云带和外螺旋云带。这说明滤去重力惯性波的正压无辐散涡旋模型(前者)只适合于解释热带气旋不稳定内螺旋云带的形成和结构,当综合考虑不稳定内、外螺旋云带的形成时,水平辐合、辐散的作用不能忽略,此时必须要用正压涡旋模型(后者)。在该模型中因最不稳定扰动随涡旋半径的不同,其分别体现了涡旋Rossby波和重力惯性波的特点,故其是不稳定的涡旋Rossby-重力惯性混合波,其不稳定的性质是非平衡的。由此可知,要同时解释内、外螺旋云带的生成和结构,则非平衡的涡旋Rossby-重力惯性混合波不稳定理论应是更合适的选择。