降水条件下台风的定常运动和螺旋斑图北京大学物理学院.PDF

( ) 北京大学学报 自然科学版 ,第 40 卷 ,第 5 期 ,2004 年 9 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis , Vol. 40 , No. 5 ( Sept ,2004) 1) 降水条件下台风的定常运动和螺旋斑图 迟东妍 　刘式适 　付遵涛 (北京大学物理学院 ,北京 , 100871) 摘 　要 　在牛顿第二运动定律的基础上 ,在垂直方向的运动方程中加入了扰动降水量一项 ,并讨 论了加入这一项的合理性和物理意义。重点考虑了在降水条件下台风的运动特征 , 同时求得了三 维定常流场中的水平速度 ,其中的三维流场构成了物理空间的一个非线性自治动力系统。研究表 ( ) 明:根据台风运动的定常解 ,台风的下层中心是低气压且是正垂直涡度 气旋式涡度 和水平辐合 , ( ) 上层中心是高气压 反气旋式涡度 和水平辐散。根据台风自治动力系统所获得的两个鞍焦点很 好地说明了台风的螺旋斑图 ,下层空气螺旋向内 ,引起台风中心附近的上升运动 ,上层空气螺旋向 外引起台风外围的下沉运动 ,这些都与实际台风结构相似。文中阐明 :在考虑降水量的影响后 , 台 风仍然具有螺旋斑图的特征。 关键词 　台风; 定常运动 ; 凝结降水量 ; 螺旋斑图 中图分类号 　P 433 0 　引　言 众所周知 ,台风是一类在低纬度海洋上空形成的中尺度大气涡旋。人们早已从各种观测 中知道其三维结构:台风除存在台风眼外 ,其下层中心是低气压且是气旋环流和水平辐合 ,上 层中心是高气压且是反气旋环流和水平辐散。而且台风中心是暖性的 ,它存在螺旋结构[1 ] 。 [2 ] [3 ] 巢纪平和叶笃正 ,刘式适和杨大升 分别讨论过行星波和台风的螺旋结构 ,他们看重从波的 传播角度去分析螺旋图样。单独考虑黏性 ,从自治动力系统平衡点的性质去分析 ,没有黏性就 [4 ,5 ] [6 ] ( 没有螺旋式的涡旋。Burgers 和 Sullivan 尽管考虑了黏性分别得到了单胞涡 onecell ) ( ) vortex 和双胞涡 twocell vortex ,但由于没有考虑地球旋转 ,而且做了很多假定 , 因而这两种涡 旋与台风涡旋相差甚远。刘式适等[7 ,8 ] 考虑了旋转和黏性 ,运用自治动力系统理论 ,得到了台 风的螺旋斑图。 本文在降水存在的条件下 , 参考 Emanuel[9 ] 文章中的思想 , 考虑气压梯度力、黏性力及 Coriolis 力影响下的台风运动 ,着重分析在定常情况下台风的螺旋斑图。这里 ,重点分析的是 台风的结构和螺旋斑图 ,没有分析台风的演变 ,所以 ,应用了定常条件 , 因为在无降水时 ,人们 通常认为台风存在螺旋结构 , 但有了降水将如何呢 ? 这就是本文的主要目的。 ) ( ) 　1 科技部社会公益研究专项基金资助项目 2001DIA20026 收稿日期 :; 修回日期 : 788 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 　第 5 期