海洋对热带气旋风应力响应的准平衡解析解

为考察海洋上层各物理量对热带气旋风应力的响应问题,本文利用海洋线性化约化重力方程组开展了解析研究,所得主要结论如下:求解该问题使用跟随热带气旋中心移动的极坐标较为方便,当热带气旋风应力在热带气旋云墙内即热带气旋眼中为静止,在云墙处及之外随该极坐标半径增加而成反比衰减时,可求得该问题在此极坐标系中的定常解析解,该解强度与风应力成正比;解的流场在热带气旋云墙内为静止,在云墙处及之外呈现有向外流出的气旋式涡旋形态,且随极坐标半径增加而衰减。在云墙之外离云墙较近处,解的切向流速大于径向流速,在更远处则反之。解的径向流与热带气旋切向风应力平衡,切向流是梯度流,流动呈水平无辐散状态。在热带气旋眼中以及云墙处,海洋上层的厚度不变,且达到最小值。从云墙向外则厚度值逐渐增加。厚度值的变化反映了密度跃层的变化,在厚度值最小处附近,跃层位置有明显抬升,这会造成跃层附近海水涌升,从而海洋上层的响应涡旋是冷性的。略去海洋上层对热带气旋移动的响应,将此移动极坐标系中的解返回到固定坐标系后,则解的空间分布形态不变,但由定常解转变为非定常解,且随热带气旋一起移动;此解最重要的物理性质是其具有准平衡性,这与非平衡的近惯性振荡与重力惯性内波有本质区别。