地球旋转水平分量对Rossby波的影响.pdfVIP

第28卷第1期 大 气 科 学 Vol|28№．1 2004年1月 Chinese Sci帅ces Jan． 2004 JournalofAtmospheric 地球旋转水平分量对Rossby波的影响+ 赵 强 刘式适 (北京大学物理学院大气科学系，北京l00871) 摘要 利用台理的卢平面近似方程组，研究卢效应和地球旋转水平分量共同作用下大 气中Rossby波动的特征。结果分析表明，若扰动与纬度有关．科里奥利参数分量，H一 2伪。s擎将影响波动传播的频率特征．并加强水平散度对斜压Rossby波的作用；如果扰动 与纬度无关．则科里奥利参数分量^，的影响消失。 关键词：科里奥利力；卢效应；Rossby渡 文章编号1006—989j(2004)ol—0146一05中图分类号H33文献标识码A 引言 地球旋转对于地球物理流体力学中的许多现象都有深刻影响，它的作用是通过在 sin妒)为科里奥利矢量，V=(“，w，∞)是三维速度矢量，n是地球旋转角速度，∞是纬 度。省略地球旋转作用的水平分量(出现在动量方程的纬向和垂直分量上)可以说是 “传统近似”，然而就动力学角度而言也一直是个有争议的问题““]。近年来，在地球物 理流体动力学的许多研究中，科里奥利参数分量／0=啪cos9的作用也越来越引起人们 的重视口“J。White等”。和Burger19I通过对纬向动量平衡的尺度分析表明，对于行星 尺度的大气运动，保留一2nwcos龌可取的。如果在纬向动量方程中保留了一2nwcos妒 项，那么为了保持能量守恒的一致性，在垂直动量方程中也必须保留一2n∞cos颁．即 科里奥利力对流体运动不作功。而且，我们可以证明在大尺度运动(特征尺度L一106 m，u—lOms_1和H—104m)中，同～2nMcos妒相比较dⅧ／出是可以省略的， dw【 L肼扩H。1dw／d￡lUHH。 ，。3 … I面r了可7面丁一矿一…‘ … m，H—104 Dfaghic∽注意到在中尺度运动(L一】05m，尺口～1)的范围内也有 ～2n“cos妒大于dw／出，因此，他认为在这种情况下～z0“co婶代表着非常重要的非静 力效应，尤其是纬向风速比较大的情况。尽管一2mco印与重力相比较是很小的．因此 在垂直动量方程中的一2n“cos9项就显得无足轻重，但是，这并不是一2n“cos妒重要性 的普遍度量。例如，对于中纬度大尺度准地转运动．根据实际经验我们知道地转偏差 和地转风相比较是很小的，但是它体现了运动的不平衡性，是引起天气系统发生发展 的一个重要因子。因此，有必要分析科里奥利力水平分量在大气动力学中的作用。 1 2∞2_045收到，2∞2一0724收到修改稿 *高等学校骨干教师资助计划项目 1期 赵强等：地球旋转水平分量对R。ssb)T波的影响 2基本方程组及结果分析 考虑完整科里奥利力作用，绝热和无摩擦Boussinesq流体运动的控制方程组为 面一扣一一百；一，一”，象一扣—一甓一，Hw， 害+^一考， 警一g募一裂+，H” (2) + = 纽如 地扎 争知， 其中·d／出一a脂f+“跏z+U跏y+a／a2，岛为位温的典型值，其他符号如常规 所用。Grimshawr”1曾指出合理的卢平面近似方程组中科里奥利参数的水平分量为常 数，垂直分量随纬度变化，这种特性使得卢平面近似方程组仍然保持原方程组角动量 守恒和涡度守恒原理，Grimshaw还详细分析了科里奥利力水平分量对重力内波的影 响。因此，在方程组(2