热力适应,过流,频散和副高I.热力适应和过流.pdf

) 维普资讯 3一 孕6 第24卷 第4期 ‘ 大 气 科 学 Vol24 No 4 2000年 7月 Cbinese Journa ofA~mospherJc S~Jences Juh 2000 热力适应、过流、频散和副高 I．热力适应和过流 P ； 吴 国雄 刘屹岷 ’-—————————一 ● ————-——--—一 [中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流1车力学效值模拟 国家重点实验室．北京 100029 摘 要 利用位涡性质，讨论 了因非绝热加热导致的大气动力特征的变化，阐明了大气动 力过程向外加热强迫适应的原理。证 明在 热由适应过程 中．沿着加热区的侧边界斜压位涡为 负，且大于正压位 涡．那里 的大气出现对称不稳定 在加热 区的上空尽管非绝热加热为零， 仍然存在 上升、辐散、反气旋环流丑冷中心．证 明这是 由于 “过流”引起 的。通过总位涡 的收 支分析证 明， 由于边界层 的摩擦作用，加热区上空多余的负位涡向外排放而成 为大气 巾负涡 度 的源地 。 关键词：_l‘-_兰-坠●一 ’_0兰…型 !旦． 垩至』墨 位涡平衡 散．悟 1 引言 大气运动在 时间和空间上都具有多尺度特征。对于绝热无摩擦 的旋转大气 不 同时 空尺度运动存在流场和气压场之间的互相调整。 自从罗斯 贝 和奥布霍夫 相继提出这 一 地转适应 问题 以来。我国学者对此进行 了系统 的研究 叶笃正 首·先证 明对于大尺 度大气运动，流场 向气压场适应 ：对于小尺度运动则是气压场 向流场适应 。曾庆存 证 明，判定上述不同尺度适应特征的临界尺度即为Rossby变形半径。 曾庆存 还进 一步 证 明大气运动在时间尺度上也可分为快的适应过程和慢的演变过程：叶笃正和李麦 村 指出各种尺度的大气运动的发展都可分为三个阶段：首先是非常迅速的适应阶段． 它使不平衡的运动速度恢复平衡：第二阶段为发展阶段，大气运动中观测到的大的变化 都发生在这一阶段：第三阶段为准平衡阶段，一个慢变的过程。巢纪平 对于 E述的多 时间尺度特征给出了简单的物理解释。叶笃正和巢纪平 …定义了下述 4个时间尺度 其中 L为准地转平衡附近的特征空间尺度、V为背景流场特征速度 。c= (g ) !为重 力波波速，证 明当运动的水平特征尺度接近 Rossby变形半径时，有 711≈ T2 T3 T4 即大尺度动力过程至少存在 3个特征时间尺度 在具有 外热源和耗散 的场合．必 须引进热 力学方程予 研究 。巢 纪平 和许有 l999—04—09收到． 1999-05-28收到修 改稿 + 国家 自然科 学基 金 重点 资助项 目 49635[70及 国家重 点基 础研 究发 展规 划 Gl998040904一l共 同资助 维普资讯 434 大 气 科 学 14卷 丰 应用一个两层线性模式去研究热源作用下高度场的中长期变化，计算表 明高度场 对加热场 的适应极其迅速．至第 10天左右，高度场和加热场之 间的相对形势 已趋于准 定常。张可苏 利用一个不包含平流过程的高度线性化模型，去研究有热源和耗散情 况下的大气适应过程，结果表 明大气运动同时具有 向 “外部热源 和 向 地转运动 适应的 性质。在定常 “外源”作用下系统的垂直结构完全由热源分布决定；热源强度 向上减弱有 利于生成热高压，向上增强有利于生成热低压。 严格地说，在外热源强迫下的大气运动中，热量及涡度输