《斜压扰动快速增长动力学研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《斜压扰动快速增长动力学研究（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 摘要，.斜压扰动快速增长动力学研究摘要斜压性初始扰动的快速增长的动力学机制研究， 对理解和预测斜压天气系统的发展具有十分积极的意义。本论文通过一个二维非线性斜压E a d y 波模式，讨论了斜压系统中初始平衡扰动快速发展的动力学机制和初始非平衡扰动的发展过程中初始非平衡性的影响作用问题。由于斜压切变气流存在，其对扰动位涡的平流作用可引起初始扰动位涡的“ P V u n s h i e l d i n g “ ，导致线性系统中 初始扰动的快速增长。 边界层摩擦作用主要通过耗散局地扰动位涡， 改变扰动位涡异常结构， 特别是水平方向的位涡异常分布，从而减弱初始扰动位涡的“ P V u n s h
2、i e l d i n g ” 作用， 抑制系统初始扰动动能的快速增长。 非线性作用可以 抑制较大振幅扰动的增长， 同时引起扰动位涡异常丰富的 垂直结构产生， 导致初始扰动位涡的“ P V u n s h i e l d i n g ” 的 减弱， 从而抑制初始扰动的快速增长。 不同的初始扰动结构， 可以产生不同的扰动位涡异常结构， 相应存在不同的“ P V u n s h i e l d i n g ” 作用， 导致初始扰动的快速增长过程不同。 位涡异常水平结构为 “ 正一负一正” 或 “ 负一正一负” 分布时，有利于初始扰动的快速增长，而上下层异号的扰动位涡异常在垂直方向间隔的距离越大，越
3、利于初始扰动的快速发展， 这些结果进一步深化了 对 “ P V u n s h i e l d i n g ” 的理解。初始扰动为非平衡扰动时，在斜压切变基流的作用下，线性系统的扰动发展分为两个阶段: 受地转适应过程控制的阶段和受斜压不稳定控制的阶段。 一段时一1-间后， 扰动动能以斜压标准模增长率来持续增长， 与平衡扰动时结果一样， 非平衡性的影响完全消失。 初始非平衡扰动为速度扰动导致的非平衡性对扰动发展的影响比初始非平衡扰动为位温扰动时强。 对于初始非平衡扰动在斜压系统中的扰动发 展， 无法用“ P V u n s h i e l d i n g ” 理论 来 解释。 主要是 扰动位涡
4、异常只能 解释扰动风场的平衡部分， 而在地转调整过程， 特别是初始阶段， 风场的非平衡占主导地位， 所以， 相应的位涡异常无法解释扰动风场的发展， 而扰动风场的产生并不受 扰动 位涡异 常结 构的 控制。 也就是 说， “ P V u n s h i e l d i n g ” 理论不 适用于 初 始非平衡扰动的情况。这一结果强化了 “ P V u n s h i e l d i n g ”的适用范围，对其认识和应用更进一步。ABS T RACT 侣二二二吕吕吕留吕二二二 二二二二D y n a mi c s o f t h e R a p i d G r o w t h o f I n i
5、t i a l B a r o c l i n i cP e r t u r b a t i o n sAB S TRACTS t u d y o n t h e d y n a m i c a l m e c h a n is m s f o r t h e r a p id g r o w t h o f in i t i a l b a r o c l in i cp e r t u r b a t i o n s i s v e r y i m p o rt a n t in u n d e r s t a n d i n g a n d f o r e c a s t in g th
6、 e d e v e l o p m e n t o fb a r o c l i n i c s y n o p t i c s y s t e m s . I n t h i s w o r k a t w o - d i m e n s i o n a l n o n l i n e a r b a r o c l i n i cE a d y w a v e m o d e l i s u s e d t o s t u d y t h e d y n a m i c a l m e c h a n i s m s f o r t h e r a p i d g r o w t h o
7、 fi n i t i a l b a l a n c e d p e r t u r b a t i o n s i n t h e b a r o c l i n i c s y s t e m a n d i n v e s t i g a t e h o w t h e i n i t i a lim b a l a n c e o f p e r tu r b a t i o n s a ff e c t s t h e d e v e l o p m e n t o f in i t i a l u n b a l a n c e dT h e a d v e c fl o n e
8、 ff e c t o f b a r o c l i n i c s h e a r fl o w t o p e r t u r b a t i o n p o t e n t i a l v o r t i c i t yc o u l d m a k e “ P V u n s h i e l d i n g “ o f i n i t i a l p e r t u r b a t i o n p o t e n t i a l v o r t i c i t y , w h i c h i n d u c et h e r a p i d g r o w t h o f i n i
9、 t i a l p e r tu r b a t i o n s in t h e l i n e a r s y s t e m , T h r o u g h d i s s i p a t i n g t h el o c a l p e r t u r b a t i o n p o t e n t i a l v o r t i c i t y , t h e b o u n d a ry- l a y e r fr i c t i o n w o u l d c h a n g e t h es t r u c t u r e s , e s p e c i a l l y th
10、 e h o r iz o n t a l d i s t r i b u t i o n , o f p o t e n t i a l v o tt i c it y a n o m a l i e sa c c o r d i n g l y w e a k e n “ P V u n s h i e l d i n g “ o f i n i t i a l p e r t u r b a t i o n p o t e n t i a l v o rt i c i t y s o a st o r e s t r a i n t h e t r a n s i e n t g r o
11、 w t h o f i n i t i a l p e r t u r b a t i o n k i n e t i c e n e r g y . N o n l i n e a r e ff e c tw o u l d i n d u c e r i c h v e r t i c a l s t r u c t u r e s o f p e r t u r b a t i o n p o t e n t i a l v o rt i c i t y a n o m a l i e sw h i c h w e a k e n “ P V u n s h i e ld i n g
12、“ o f i n i t i a l p e r tu r b a t i o n p o t e n t i a l v o rt i c i ty ,c o n s e q u e n t l y r e s t r a i n t h e r a p i d g r o w t h o f i n i t i a l p e r t u r b a t i o n s w i t h l a r g e a m p l i t u d e .D i ff e r e n t s t ru c t u r e s o f i n i t i a l p e r t u r b a t i
13、 o n s m a y c a u s e d i ff e re n t s t r u c t u r e s o fp e r t u r b a t i o n p o t e n t i a l v o r t i c i ty a n o m a l i e s , a c c o r d i n g l y d i ff e r e n t “ P V u n s h i e l d i n g “c a u s e - d i ff e r e n t r a p i d g r o w t h p r o c e s s o f i n i t i a l p e r t
14、u r b a t i o n s . Wh e n t h e h o r i z o n t a ls t ru c t u r e o f p o t e n t ia l v o rt i c i ty a n o m a l i e s i s n e g a t i v e - p o s i t i v e - n e g a t i v e o r p o s i t i v e - n e g a t i v e - p o s it i v e “ , i t i s i n f a v o r o f th e r a p i d gr o w t h o f in i
15、t i a l p e r t u r b a t i o n s .Wh i l e t h e f a r t h e r t h e v e rt i c a l d i s t a n c e o f o p p o s i t e p o t e n t i a l v o rt i c i ty a n o m a l i e s i s , t h em o r e f a v o r a b l e i t i s f o r t h e r a p id g r o w t h o f i n it i a l p e r t u r b a t i o n s . T h
16、e s e r e s u l t s p r o v i d es o m e n e w s i g h t s f o r “ P V u n s h i e l d i n g “ t h e o ry .F o r i n i t i a l u n b a l a n c e d p e r t u r b a t i o n s w i t h b a s i c b a r o c l i n i c s h e a r fl o w , t h ed e v e l o p m e n t i n l i n e a r s y s t e m c o u l d b e s e p a r a t e d i n t o t w o p e r i o d s : t h e f i r s t p e r i o d i sm o s t l y d o m i n a t e d b y g e o s
