大氣中非線性亞臨界不穩(wěn)定的研究.pdf

1、該文利用解析方法導(dǎo)得了大氣中非線性斜壓亞臨界穩(wěn)定性判據(jù)和對稱亞臨界穩(wěn)定性判據(jù);并分別用數(shù)值試驗方法分析了斜壓亞臨界不穩(wěn)定的影響因素以及亞臨界對稱不穩(wěn)定在一場暴雨過程中所起的作用,提出了產(chǎn)生暴雨的新的物理機(jī)制.主要結(jié)論如下:1.從含Ekman摩擦的二層非線性準(zhǔn)地轉(zhuǎn)斜壓渦度方程出發(fā),提出了一種新的廣義能量作為Lyapunov函數(shù),導(dǎo)出了非線性斜壓亞臨界穩(wěn)定性判據(jù).2.利用一個由表面摩擦和輻射張弛強(qiáng)迫驅(qū)動的斜壓準(zhǔn)地轉(zhuǎn)兩層模式作數(shù)值試驗,來研究

2、斜壓大氣中的亞臨界不穩(wěn)定現(xiàn)象.3.從含摩擦耗散的f平面上Boussinesq近似下的非線性方程組出發(fā),提出了一種新的廣義能量作為Lyapunov函數(shù),導(dǎo)得了一種新的非線性對稱穩(wěn)定性判據(jù):即不僅耗散系數(shù)大于某一臨界值而且同時初始擾動振幅小于另一臨界值.4.利用MM5V3中尺度模式作2003年7月4日20時至5日20時這場暴雨的數(shù)值試驗,結(jié)果表明:(1)非線性亞臨界對稱不穩(wěn)定可能是這場暴雨形成的重要機(jī)制之一.(2)擾動風(fēng)場的增長與降水的增長

3、關(guān)系密切,擾動風(fēng)場的增長有超前于降水增長的情況.非線性亞臨界對稱不穩(wěn)定的增強(qiáng)可能使降水增強(qiáng).(3)降水區(qū)和暴雨中心主要位于200hpa高空急流軸南側(cè)和850hpa低空急流軸北側(cè)之間;非線性亞臨界對稱不穩(wěn)定與高空急流關(guān)系密切,它可能觸發(fā)高空急流核的形成;它與低空急流關(guān)系也很密切,它的出現(xiàn)可能引起低空急流的出現(xiàn).(4)非線性亞臨界對稱不穩(wěn)定主要發(fā)生在中高層上,它使線性對稱穩(wěn)定的大氣變?yōu)椴环€(wěn)定.(5)非線性亞臨界對稱不穩(wěn)定擾動的e折時間和空間