波流相互作用
大气动力学术语
波流相互作用就是要考虑大气的基本态和扰动态之间的相互作用,它是大气动力学中一个非常重要的研究内容。
概念介绍
wave-mean flow interaction
波流相互作用考虑基本气流(某种平均,如时间平均或纬向平均)如何与叠加在它上面的波动(对这一基本气流的偏差)相互作用的问题。很多种波动都会与基流发生相互作用,如重力波和Rossby波。
内容介绍
在大气科学研究中,常常需要把一个物理量分解成基本态和被称为“波”或“涡动”的扰动态两部分。一般情况下,人们通过对物理量进行时间平均、纬向平均或平滑滤波而获得基本态,把物理量与基本态之间的偏差作为扰动态。这种分解方法为人们研究问题带来了极大的方便,但同时也产生了如何看待和处理基本态与扰动态之间关系的各种问题。实际上,一个天气系统的整体时空演变取决于大气基本态和扰动态的各自发展以及它们之间的相互作用。
波流相互作用就是要考虑大气的基本态和扰动态之间的相互作用,它是大气动力学中一个非常重要的研究内容。波流相互作用的研究具有重要的理论价值和科学意义。利用波流相互作用理论可以解释一些重要天气现象,例如,利用重力波上传理论可以解释赤道平流层东西风准两年振荡;行星波上传与临界层理论可以解释平流层爆发性增温现象;广义斜压大气E—P通量理论可以解释对流层顶高空急流的加速增强现象等。
主要问题
波流相互作用理论的研究主要包括两方面:一方面是关于能描述基本气流对波动强迫作用的“波作用”(守恒)方程的研究;另一方面是波动对基本气流强迫作用的研究。
举例分析
波的发展与否依赖于基本气流,而基本气流的演变也依赖于Rossby波的动量和热量输送。因此,波与基本气流之间存在相互影响和相互作用。
衰减的Rossby波,基本气流从波得到动量和能量,使基本气流及其切变增加,因而波移动加快,y和z方向波加快收缩,而槽脊线向东西走向的演变减缓。因为此时水平和垂直风切变都加大,所以波的衰减相对加快。
发展的Rossby波,波从基本气流得到动量和能量,使基本气流及其切变减小,因而波移动减慢,y和z方向波的拉长减缓,而槽脊线向南北走向和垂直方向的演变也减缓。因为此时水平和垂直风切变减小,所以波的发展相对减慢。
就整个大气平均状况而言,一旦因太阳辐射的纬度差异形成了基本气流,则发展的Rossby波将削弱基本气流,而衰减的Rossby波将增加基本气流,这样,通过Rossby波的动量和能量输送,使得作为大气环流中一个环节的基本气流和扰动都得以维持。
实际应用
波流相互作用的研究进行到今天,不仅在理论上先后做过数次重大创新,如E-P通量的提出、剩余环流的引进、广义E-P通量的出现、三维E-P通量的建立、波作用守恒方程的发展等,而且在实际应用上也取得了丰硕成果。如科学地解释了赤道平流层东西风准两年振荡、极地平流层爆发性增温、瞬变波对阻高的维持和高空急流加速以及大气遥相关等,特别是为预测行星波的传播,研究风暴轴和诊断分析实际大气中具体的波能集中区和发散区提供了理论基础和科学方法。
参考资料
最新修订时间:2023-07-19 11:11
目录
概述
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