面向大气热力潮汐结构分析的Hough函数计算

作为一种刻画行星尺度大气波动基本结构的函数,Hough函数为开展有关大气潮汐全球结构的分析提供了具有物理基础的手段,它们也被作为一种数值工具应用于大气模式中以提高数值积分的效率.本文介绍了我们以拉普拉斯潮汐方程为基础,在发展求取Hough函数方面取得的进展,包括对有关计算方案和详细步骤的说明.针对39种分别具有三种主要频率,即周日、半日和1/3日,与此同时纬向波数落在[-6,6]区间的潮汐成份,通过计算得到了与每一种成份对应的本征值、本征函数(Hough函数)集合.作为计算结果的示例,本文给出了针对迁移性周日潮和迁移性半日潮开展计算取得结果.这些结果说明这些函数具有正确的空间结构,与此同时还说明相关的本征值计算结果都达到了相当准确的水平.所有这些结果显示当前计算结果已经可以满足普通的应用.

大气潮汐的经典理论及有关现代模式的发展

按照历史发展,回顾了从无耗无风背景下线性化的大气潮汐方程组出发得到一个二维定态变量可分离的基本偏微分方程及其全球Hough函数波模解的经典理论;介绍了主要由Forbes和Hagan发展起来的在真实有耗有风背景下线性化的本质上仍是二维定态,但纬度和高度变量不可分离的现代数值模式GSWM;概述了近年来针对中高层大气的GCM(例如TIME-GCM,MUAM,CMAM和WACCM)来研究潮汐非线性及非迁移潮汐等的发展趋势.在融合理解的基础上对各模式的特点和模式间的差异进行了适当分析,从中可以看出,半个世纪以来人们在从第一原理出发试图揭示全球大气潮汐的真实结构特征和长短期变化机制等方面进行了持续的努力,这种努力又是与从利用地基雷达到卫星搭载仪器观测大气(特别是MLT区域的风场和温度场)的发展密不可分的.