南京大学动力气象Chap5.pdf

动力气象学 授课教师：张熠 §1 动力稳定性概念 F F water oil 2 θ p 3 • 设在一定常的基本气流上，迭加一微小扰动，则扰动有两 种可能变化： （1）继续保持很小而不发展或阻尼消失 （2）随时间增大 • 如果一个扰动是随时间不断增长的，称扰动为发展的；如 果扰动不随时间发生变化，称扰动是中性的；如扰动随时 间减小，称扰动为阻尼的。 • 分析方法： 线性稳定性 （扰动发展初始阶段，normal mode标准模方法） 非线性稳定性 （global approach 整体方法) 4 §2 惯性不稳定 层结大气中，垂直方向满足静力平衡，由于 某种原因，扰动使气块偏离原平衡位置，产生净 浮力。如气块能返回原平衡位置，称之静力稳定； 如远离原平衡位置，称为静力不稳定。静力不稳 定是发生在垂直方向的动力不稳定。 水平方向满足地转平衡的背景大气下，南北运 动的空气块受柯氏力的作用，气块能否回到原来 的平衡位置？ 若大气对受扰动的气块的运动起限制作用，使 气块返回原来的平衡位置，称之为惯性稳定；如 大气对受扰动的气块起加速作用，使气块远离平 衡位置，称惯性不稳定。 5 利用气块法讨论惯性不稳定特征 • 设环境大气基本状态满足地转平衡 1 ∂φ ( ) u y ug − 关系，且环境大气位势高度场只有 f 0 ∂y 南北分布 φ φ(y ) ∂φ 0 ∂x • 假定气块的水平运动不改变重力 du ∂φ −f 0v − 0 位势场的分布，即气块本身所具 dt ∂x 有的重力位势满足上式，则气块 dv ∂φ +f 0u − f 0u 运动方程为： dt ∂y y δy 气块速度：u u u 背景基流：u 0 0